Determination of the Refractive Parameters in Tl3TaS4

Abstract

Проведено теоретичні розрахунки показника заломлення, оптичної діелектричної проникності та коефіцієнта відбивання для кристала Tl3TaS4 в рамках моделі зв'язуючих орбіталей Харрісона. Для глибшого розуміння цього дослідження представлено детальний аналіз наших розрахунків. Розрахунки проводились для спектральної області, далекої від краю поглинання, де дисперсія показника заломлення відсутня. Показник заломлення визначений в рамках узагальненої одноелектронної моделі. Цей підхід дозволяє визначати енергії заповнених електронних станів за допомогою значень термів Хартрі-Фока для валентних рівнів в твердих тілах. Ми використали спрощення, включивши лише найближчі зв'язки (кластери) та використовуючи універсальні параметри, що дозволяє безпосередньо прогнозувати фізичні властивості кристалів. Це кластерне наближення, яке базується на спеціальній точці, використовується для розрахунків поляризованості зв'язку. Дійсну частину діелектричної функції визначено з уявної частини співвідношенням Крамерса-Кроніга. З рештою, ми використали моделі Мосса, Равіндри, Ерва та Вендама для порівняння із значенням показника заломлення, розрахованого в рамках моделі Харрісона. Отримано задовільне узгодження наших теоретичних розрахунків. Показано, що модель Харрісона дозволяє аналізувати оптичні параметри сполук типу Tl3XY4. Оцінка показника заломлення має важливе значення для застосування в інтегрованих оптичних пристроях, де показник заломлення матеріалів є ключовим параметром для проектування пристроїв. Теоретична методика, розроблена в цій статті, може бути використана для дослідження оптичних властивостей матеріалів. Слід зазначити, що досліджуваний кристал, як очікується, сприятиме розвитку нанофізики та персоналізованої медицини для моніторингу та профілактики здоров'я.

Theoretical calculations of the refractive index, optical dielectric constant and reflection coefficient for the Tl3TaS4 crystal within Harrisons bonding orbital model were carried out. The detailed analysis of our calculations has been done to present deeper understanding of this investigation. The calculations were performed for the spectral region far from the absorption edge, where the dispersion of the refractive index is absent. The refractive index was determined within the generalized single-oscillator model. This approach allows determining the energies of occupied electronic states using the Hartree-Fock values for the valence levels in solids. We have used the simplification by including only nearest-neighbor couplings (clusters) and using universal parameters, which allows direct prediction of crystal physical properties. This cluster approximation based on a special point is used for calculations of bond polarizabilities. The real part of the dielectric function is determined from the imaginary part by the Kramers-Kronig relationship. Finally, we have used the Moss, Ravindra, Herve and Vandamme models for comparing the value of the refractive index calculated according the Harrisons model. The satisfactory agreement of our theoretical calculations is obtained. It was shown that Harrisons model allows analyzing the optical parameters of Tl3XY4 type compounds. The refractive index evaluation is of considerable importance for applications in integrated optic devices, where refractive index of materials is the key parameter for device design. The theoretical technique developed in this paper could be used for the investigation of the optical properties of materials. It should be noted that the crystal under investigation is expected to contribute to the development of nanophysics and personalized medicine for health monitoring and prevention.