PROPERTIES OF THE FUNDAMENTAL OPTICAL FUNCTIONS OF MAGNESIUM SILICIDE

The spectra of 16 optical Mg₂Si functions in the range from 0 to 11 eV at 77 K are determined. They contain five maxima and shoulders due to interband transitions and metastable excitons, as well as the maxima of volume and surface plasmons at ~9.56 and ~7.30 eV. Their peculiarities and general regularities are established. The calculations are performed on the basis of the well-known experimental reflection spectrum in the range from 0 to 11 eV at 77 K. The integral spectra of the imaginary parts of the permittivity ε₂(E), characteristic volume (-Imε^-1), and surface (-Im(1+ε)^-1) energy losses of electrons are decomposed into elementary components in the region from 2 to 5 eV. Their main parameters are determined, including the energy of the maxima and the strength of the oscillators. The calculations are carried out using computer programs based on the Kramers-Kronig relations and known analytical formulas for the connection between optical functions, as well as an improved nonparametric method of combined Argand diagrams taking into account the effective number of valence electrons participating in the formation of individual bands. Instead of the five maxima and shoulders of the integral spectra, 17 elementary bands with oscillator strengths in the range from 0.0003 to 1.92 are established. They are due to excitonic and interband transitions of the transverse and longitudinal types. On the basis of known theoretical calculations, we propose herein the localization and assumed nature of the optical transition bands.

силицид магния, оптическая функция, максимум, ступенька, междузонный переход, экситон, плазмон, сила осциллятора, диэлектрическая проницаемость, объемные и поверхностные потери энергии, диаграмма Арганда, усовершенствованный метод, magnesium silicide, optical function, maximum, shoulder, interband transition, exciton, plasmon, oscillator strength, dielectric constant, volume and surface energy losses, Argand diagram, improved method

1. J. J. Pulikkotil, D. J. Singh, S. Auluck, M. Saravanan, D. K. Misra, A. Dhar, R. C. Budhani. Phys. Rev. B, 86, N 15 (2012) 1555204(1-8)

2. W. Lui, X. Tan, K. Yin, H. Lui, X. Tang, J. Shi, Q. Zhang, C. Uher. Phys. Rev. Lett., 108, N 16 (2012) 166601(1-5)

3. X. J. Tan, W. Lui, H. J. Lui, J. Shi, X. F. Tang, C. Uher. Phys. Rev. B, 85, N 20 (2012) 2051212(1-10)

4. K. Kutorasinski, J. Tobola, S. Kaprzyk. Phys. Rev. B, 87, N 19 (2013) 195205(1-9)

5. J. Bourgeois, J. Tobola, B. Wiendlocha, L. Chaput, P. Zwolenski, D. Berthebaud, F. Gascoin, Q. Recour, H. Scherrer. Funct. Mater. Lett., 6, N 5 (2013) 1340005(1-14)

6. N. O. Folland. Phys. Rev., 158 (1967) 764-775

7. M. Y. Au-Yang, Marvin L. Cohen. Phys. Rev., 178, N 3 (1969) 1358-1364

8. P. M. Lee. Phys. Rev., 135, N 4A (1964) 1110-1114

9. M. Y. Au-Yang, Marvin L. Cohen. Solid State Commun., 6 (1968) 855-858

10. A. Stella, D. W. Linch. J. Phys. Chem. Sol., 25 (1964) 1253-1259

11. L. A. Lott, D. W. Lynch. Phys. Rev., 141, N 2 (1966) 681-687

12. D. McWilliams, D. W. Lynch. J. Opt. Soc. Am., 53, N 2 (1963) 298-299

13. С. Г. Кроитору, В. В. Соболев. Неорг. матер., 2, № 3 (1966) 50-54

14. С. Г. Кроитору, В. В. Соболев. Опт. и спектр., 21, № 1 (1966) 91-93

15. В. В. Соболев, В. И. Донецких, Е. Б. Соколов, Л. А. Ройтер. ФТТ, 12, № 10 (1970) 2687-2691

16. W. J. Scouler. Phys. Rev., 178, N 3 (1969) 1353-1357

17. В. В. Соболев, В. В. Немошкаленко. Методы вычислительной физики в теории твердого тела. Электронная структура полупроводников, Киев, Наукова думка (1988)

18. В. В. Соболев. Оптические свойства и электронная структура неметаллов. I. Введение в теорию, Москва-Ижевск, Ин-т комп. исслед. (2012)

19. V. V. Sobolev. Phys. Status Solidi, B, 49 (1972) 209-214

20. F. Aymerich, G. Mula. Phys. Status Solidi, 42 (1970) 697-704

21. O. Benhalal, A. Chahed, S. Kaksari, B. Abbar, B. Bouhafs, H. Aourag. Phys. Status Solidi, B, 242, N 10 (2005) 2022-2032

22. B. Arnaud, M. Alouani. Phys. Rev. B, 64, N 3 (2001) 033202(1-4)

23. G. Busch, U. Winkler. Physica, 20, N 11 (1954) 1067-1072

24. U. Winkler. Helv. Phys. Acta, 28 (1955) 633-666

25. A. Reifer, F. Fuchs, C. Rodl, A. Schleife, F. Bechstead, R. Goldhahn. Phys. Rev. B, 84, N 7 (2011) 075218(1-13)

26. В. В. Соболев. Оптические свойства и электронная структура моноуглеродных сред. I. Алмаз. Графит. Аморфный углерод, Ижевск, изд-во УдГУ (2016)

27. В. В. Соболев. Оптические свойства и электронная структура моноуглеродных сред. II. Фуллериты. Нанотрубки. Графен. Интеркалированный графит, Ижевск, изд-во УдГУ (2016)

28. V. Val. Sobolev, V. V. Sobolev. Semiconduct. Semimetal.,79 (2004) 201-228

29. A. I. Kalugin, V. V. Sobolev. Phys. Rev. B, 71, N 11 (2005) 115112(1-7)

30. В. В. Соболев. Сб. тр. IX междун. конф. “Аморфные и микрокристаллические полупроводники”, С.-Петербург, изд-во Политех. ун-та (2014) 25

31. Д. А. Мерзляков, В. В. Соболев, В. Вал. Соболев. Сб. тр. X междунар. конф. “Аморфные и микрокристаллические полупроводники”, СПб, изд-во Политех. ун-та (2016) 364

32. А. Н. Тихонов, В. Я. Арсенин. Методы решения некорректных задач, Москва, Наука (1986)

33. В. В. Соболев. Оптические свойства и электронная структура неметаллов. II. Моделирование интегральных спектров элементарными полосами, Москва-Ижевск, Ин-т комп. исслед. (2012)

34. S. Adachi. Phys. Rev. B, 38, N 18 (1988) 12966-12976

35. I. F. Chen, C. M. Kwei, C. J. Tung. Phys. Rev. B, 48, N 7 (1993) 4373-7379

36. В. В. Соболев. Собственные энергетические уровни твердых тел группы А4, Кишинев, Штиинца (1978)