Optical constants of graphite

Summary

The high-frequency optical constants of graphite are computed from electron energy loss results by using a dispersion relation for anisotropic materials. The values of ɛ_⊥(ω) are in reasonable agreement with those obtained by Taft and Philipp from optical measurements. The values of ɛ_‖(ω) connect with those previously obtained at lower frequency from reflectivity measurements, and show a structure with two absorption peaks at 11.2 eV and 16 eV and two plasmons at 14 eV and 19 eV. The results are explained in terms of interband transitions, using a two-dimensional band structure. The experimental peaks in the energy loss function are shown to be due both to plasmons and to a different kind of excitation. To understand the peak position in energy as a function of the direction of the momentum transfer, a noncrossing rule due to the interaction between these two excitations is required.

Riassunto

Le costanti ottiche della grafite ad alta frequenza sono state calcolate dai risultati di perdita di energia di elettroni, facendo uso di una relazione di dispersione appropriata a mezzi anisotropi. I valori di ɛ_⊥(ω) sono in ragionevole accordo con quelli ottenuti da Taft e Philipp con misure ottiche. I valori di ɛ_‖(ω) si connettono con quelli precedentemente ottenuti a più basse frequenze con misure ottiche, e mostrano una struttura con due picchi di assorbimento a 11.2 eV e a 16 eV, e due plasmi a 14 eV e a 19 eV. Questi risultati vengono interpretati sulla base di transizioni elettroniche fra bande di energia, usando i risultati di un calcolo fondato su un modello bidimensionale della grafite. Si mostra che i picchi sperimentali nella perdita di energia sono dovuti sia a plasmi sia ad un diverso tipo di eccitazione. Per interpretare la posizione in energia di tali picchi in funzione della direzione del momento trasferito si deve invocare un’interazione fra queste due eccitazioni che rimuova eventuali degenerazioni accidentali.

Реэюме

Испольэуя дисперсионное соотнощение для аниэотропных материалов, вычисляются оптические постоянные графита при высоких частотах, исходя иэ реэультатов для знергетических потерь злектронов. Значенияɛ _t](ω) находятся в раэумном согласии с величинами, полученными Тафтом и Филиппом иэ оптических иэмерений. Значенияɛ _∥(ω) свяэаны с величинами, предварительно полученными при ниэкой частоте иэ иэмерений отражения и обнаруживают структуру с двумя абсорбционными пиками при 11.2 зВ и 16 зВ и двумя плаэмонами при 14 зВ и 19 зВ. Реэультаты выражаются в терминах внутриэонных переходов, испольэуя двумерную эонную структуру. Покаэывается, что зкспериментальные пики в функции потерь знергии обусловлены и плаэмонами и продольными внутриэонными переходами. Для понимания положения пика по знергии, как функции направления передаваемого импульса, требуется неперекрестное правило, обусловленное вэаимодействием между зтими двумя воэбуждениями.