Techniklexikon

Gitterabsorption

Festkörperphysik, im engeren Sinne die optische Absorption von elektromagnetischer Strahlung in einem Festkörper, bei der die absorbierte Energie in Gitterschwingungen übergeht, im weiteren Sinne auch die Anregung von Gitterschwingungen durch Einstrahlung von z.B. Neutronen oder Elektronen. Mit der Einführung des Phonons als gequantelter Gitterschwingung kann man die Gitterabsorption als einen Stossprozess der einfallenden Strahlung mit Phononen auffassen.

Die Frequenzen der angeregten Gitterschwingungen liegen im allgemeinen im Infraroten, daher hat die Gitterabsorption ihre praktische Bedeutung insbesondere in der Infrarotspektroskopie zur Untersuchung des Absorptions- bzw. Phononenspektrums von Festkörpern. Bei der Infrarotspektroskopie ist die Gitterabsorption in erster Näherung proportional zum Betragsquadrat des elektrischen Moments |M|², das durch die Schwingung der Atome erzeugt wird; man unterscheidet die Gitterabsorption durch Momente erster und zweiter Ordnung. Gitterabsorption durch Momente erster Ordnung existiert nur in Kristallen mit polarem Bindungsanteil (polare Gitterschwingungen) und entspricht im Schwingungsspektrum der Anregung von Phononen im Zentrum der Brillouin-Zone, d.h. wenn alle Elementarzellen in Phase schwingen. Gitterabsorption durch Momente zweiter Ordnung tritt sowohl in polaren als auch homöopolaren Kristallen auf und kann im Schwingungsspektrum als ein Zweiphononenprozess verstanden werden.

Die Gitterabsorption ist sensibel für strukturelle und chemische Defekte im Kristallgitter, die, bei entsprechend hoher Konzentration, zu zusätzlichen charakteristischen Schwingungen führen. Auf diese Weise können auch schwache Verunreinigungen, die beispielsweise mit gängigen Diffraktionsmethoden nicht sichtbar sind, nachgewiesen werden.