殷嘉琳 王 妍 钱 敏, 2*

(1.苏州大学文正学院电子工程系,江苏 苏州 215104;2.苏州大学电子信息学院微电子系,江苏 苏州 215006)

在科学研究过程中,比如电磁场理论(电动力学)、光学、薄膜光学、半导体光电等,会涉及到材料的折射率,包括有耗介质金属材料的折射率.在不同的资料中,有关金属材料折射率提供了两种形式.在电动力学中[1],形式为N=n+ik,其中n称为常规折射率,k称为消光系数.在薄膜光学[2-3]、半导体光电[4]中提供的形式为N=n-ik.这给大家在计算过程中造成困扰.与折射率密切相关的一个参数是介电常数,根据经典电磁理论,折射率是介电常数的平方根.金属材料的介电常数与电磁波频率有关,所以改称介电函数.有文献资料[5-7]曾对该问题进行简单的讨论:提出造成金属介电函数有不同形式的原因是在推导过程中电磁场的波动形式采用了两种形式:e-i ω t和ei ω t.固然是如此,那到底在使用介电函数进行计算时,采用哪个形式呢?这给大家造成了一些困扰,笔者就该问题进行了比较深入的研究.

1 金属电子气极化及Lorentz-Drude模型

物质材料的介电常数取决于物质在外电场作用下的极化特性.一般由电子位移极化、离子位移极化、固有偶极矩取向极化组成.金属内部存在大量的近自由电子,可将金属晶体理解为淹没在电子海洋中的正离子实点阵,一般不具有固有偶极矩.同时由于原子核(离子实)与电子质量相差悬殊,对电特性研究,离子运动可以忽略,故离子位移极化……