• ベストアンサー
  • 暇なときにでも

純粋で透明度が高い固体について

・物質の透明性を決定する要因は何か ・透明で電気伝導度の高い物質が少ない理由は何か ・透明な磁性体が非常に少ない理由は何か 上の3つの問いは某大学院の院試の過去問題ですが、どのように答えれば正解なんでしょうか。 まず多結晶では粒界で光が散乱されやすいので透明にはならず、また可視光のエネルギーより大きなバンドギャップでないと光が吸収されてしまうので可視光域に吸収帯を持たない事が条件かと思います。 導体は伝導帯内に空きがあるため簡単に光エネルギーで励起されやすい、つまり何かと光を吸収しやすいという感じでしょうか。でもこれだと導体が透明でない理由にはなってない気がしますし、逆に金属に光沢がある理由でもない気がします。 磁性体については調べてみましたがよく分かりませんでした。 どなたか解説をしてもらえないでしょうか。

共感・応援の気持ちを伝えよう!

  • 回答数3
  • 閲覧数726
  • ありがとう数3

質問者が選んだベストアンサー

  • ベストアンサー
  • 回答No.3

>光を表面で反射する金属と透明な物質はどこで違いが生まれるのでしょうか? 自由電子の密度、移動度で決まるプラズマ周波数というもので決まります。 入射される電磁波の周波数が高くなると、自由電子が反応できなくなって反射できないということです。 だから、最初のうちは反射するけれど、周波数が高くなると透明になるということ。 絶縁体の場合は、そもそも反応できる自由電子がいないということです。 そしてバンドギャップが小さいと可視光で自由電子が発生してしまい、吸収、発光が発生します。 この手の質問はOKWave内にも多数ありますし、 電子物性系の教科書を見ればしっかり記載してあります。

共感・感謝の気持ちを伝えよう!

質問者からのお礼

分かり易い説明で有難うございました。

関連するQ&A

  • 光伝導性の問題です。

    半導体、絶縁体のバンドギャップは Si (Eg=1.9×10^-19J), Ge (Eg=1.3×10^-19J), Cds (Eg=3.8×10^-19J)である。 どの物質が可視光の波長全体にわたる光伝導性をしめすか? ただし、可視光の波長領域は450nm~600nmとする。 という問題なのですがどうやって解いたらいいのかわかりません。 誰か教えて下さいおねがいします。

  • 間接遷移半導体は直接遷移もしますか?

    Siなどの間接遷移半導体はバンドギャップに相当する光を当てた時に、光のエネルギーとフォノンの運動量を得て価電子帯の頂点から伝導帯の底に遷移すると学びました。 それでは、同じ波数での価電子帯と伝導帯の幅に相当するエネルギーの光を当てた時に直接遷移するのでしょうか? また、もし起こりにくい場合はその原因はなぜでしょうか? 宜しくお願いいたします。

  • 光の吸収: あらゆる波長の光を吸収するわけではないのに

    こんにちは,光の吸収について勉強しています. 物質の電子のエネルギー準位は,とびとびのレベルをとるために,吸収する波長が限られる.基底準位と励起準位の差分エネルギーに相当する波長を持つ光が吸収される. と理解しております.すなわち,物質は何でもかんでも全ての光を吸収するわけではない,ということですね.すると, 1.例えば,何かの透明でない板(木でもプラスチックでも)があったとして,それが透けて見えない理由はなんでしょうか.この板の中にはあらゆる波長の光が吸収される程多くの色々な物質が入っているということでしょうか?  2.青い板があったとして,これは青以外の波長の光を吸収しているということですが,なぜ透けていないのでしょうか? 表の青色は,裏面からの透過光(を含んでいる)とは思えませんが. 3.Siの単結晶板も透明でありませんが,Siのバンドギャップは赤外域の波長(1200nm)に相当するようです.なぜ可視光を透過しないのでしょうか. 光の吸収を勉強していて,当たり前に思えていたことに疑問を覚えました.何か勘違いしているかも知れず,これも危惧しております.どうか,回答お願い申し上げます.宜しくお願いします.

その他の回答 (2)

  • 回答No.2
noname#208724
noname#208724

こんにちは。私は家庭料理が得意で、ダイエットを研究している者です。 ところでダイエット調理法には、よく電子レンジを使うものですから、ガラスの光透過性については普段から気になっているんです。といいますのは、食材と水をガラス容器に入れ、電子レンジに入れて茹でると、水が熱くなっているのに対して、ガラス容器が熱くなっていないことに気が付いたからです。 そこで私は、見た目には水とガラスは透明度が近いにもかかわらず、マイクロ波の影響に違いがあるのはなぜだろうかと考え、ある仮説に至りました。つまりその違いは、光を熱に変換(振動)するか、光を光のままにするかの違いではないだろうか。そしてそれは光に振動数があると考えるとき、光の振動数と物体の固有振動数による共鳴であり、光にとって物体が透明であるかどうかは、振動数が決めるのではないかと思った次第です。 以上。キッチンドリンカーのたわごとでした。きょうは昼間っから酔ってしまいました。

共感・感謝の気持ちを伝えよう!

  • 回答No.1

質問者さんは半導体・絶縁体のことを想定してお考えになっているように感じました。 金属の場合は、内部に大量の自由電子があります。光の電場によって、自由電子の集団運動(プラズマ)が生じまして、これによって光(電磁波)は反射されます。電場によって大量の電子の運動が励起され、電子の運動によって再び光が放射されるということです。そのため、金属は不透明なだけでなく、光の反射率が極めて高く、光沢を生じます。

共感・感謝の気持ちを伝えよう!

質問者からの補足

回答ありがとうございます。ちょっと不明な点が出てきたのでお尋ねさせてもらいます。 ガラスやプラスチック等の透明な物質についても光がそのまま光と物質の相互作用も無く透過するのでなくて、表面原子で一度光が吸収されて直ちに同じ振動数の光を放出され、その放出光を隣接原子が再び吸収するという過程を繰り返して裏面へ通り抜けると思います。表面で入射光を吸収-放出するのは金属光沢の原理と似てるような気がするのですが、光を表面で反射する金属と透明な物質はどこで違いが生まれるのでしょうか?

関連するQ&A

  • 酸化セリウムのバンドギャップ値について

    価電子帯(VB)の電子が伝導帯に移動する際のエネルギーの差を バンドギャップというそうです。 例えば二酸化チタンであれば3.0eVであり、これは約400nmの光に相当し、 太陽光の利用が可能であることがわかります。 文献をいろいろ調べたのですが酸化セリウムのバンドギャップ値がわかりません。 どなたか教えていただけないでしょうか。

  • 物質の色と温度

    分子の励起エネルギーは飛び飛びの値しかとれない。よって,分子が吸収できる光のエネルギーも,飛び飛びの値しかとれない。分子が吸収する光のエネルギーと光の振動数との関係は,E=hνという式によって表されるので,分子が吸収する光の振動数も飛び飛びの値をとる。 物質の色というのは、電子のエネルギー準位間のエネルギー差によって決まる。 分子が色を持つには,分子が可視光に相当する振動数の光を吸収する必要があるが,これに相当する励起エネルギーは分子内の電子遷移に対応する。 これってつまり、物質に光エネルギーではなく、熱エネルギーを加えても物質の色は変化するのでしょか??

  • Siが可視光で光触媒活性を示さない理由

    Siが可視光で光触媒活性を示さない理由 シリコンのバンドギャップは1eVほどであるため、可視光で簡単に励起され光触媒活性を示すと思ったのですが違うようです なぜですか?

  • 吸光光度法について

    紫外・可視光の吸収は光と物質とのどのような相互作用の結果生じるものなんでしょうか?どなたか教えてください、お願いします。

  • レーザーアニールの光による物質への侵入深さ

    レーザーの波長の大きさによって物質へのアニール効果が変わるらしいんですがどう違ってくるのでしょうか?物質のエネルギーバンドギャップより大きい光子エネルギーをもったレーザー光を照射しないと物質は光を吸収することができずアニールできないことはわかるのですが、波長が短すぎると物質の表面のみで吸収されてしまい表面しかアニールできず奥深くの物質はアニールされないということになってしまうというという考察があるのですが、レーザーアニールの光吸収の侵入深さという概念が存在するもでしょうか??

  • 素朴な疑問です。(ぜひ教えて)

     銅の錯イオンって青色してますよね。色って、その物質が光を吸収することによって、私たちの目には青色に見えるんですよね?  じゃあ、その吸収された光のエネルギーっていったいどこにいってるんですか?  今、化学系2年ですが、将来、光に関しての研究活動にとても興味を持っています。光で化学といえば、やっぱり錯体ですかね?可視光を物質に吸収させて、そこからエネルギーをとりだそう。そんな発想をしている有名な大学や人がいたら教えてください。

  • 光学に関する質問

    誘電率、透磁率、電気伝導度がそれぞれε、μ、σである 導体に真空中からS偏光した光が入射角θiで入射して いる場合、 (1)導体表面から深さdの位置における    電場と磁場を入射電場Eiで表すと    どうなるか? (2)光の伝わる方向、偏光状態はどうなるか? このような問題が昔、何かの試験で出たのですが 未だに回答がよく分かりません。 たぶん、簡単な問題だとは思いますが この分野は苦手なもので・・・・。 光学、電磁気学が得意な方が居られれば 詳しく教えて頂けないでしょうか。

  • 励起子吸収と自由キャリア吸収の違いについて。

    励起子吸収と自由キャリア吸収の違いについて教えてください。 今ある自分の中のイメージは ○励起子吸収 ・半導体における光の吸収。 ・励起子とは価電子帯のホールと伝導帯の電子の対。なのでエネルギー的には禁止帯を挟んだ結びつき。 ・励起子を生成する可能性がある場合の光吸収スペクトルはエネルギーギャップEgの値より低いところに出る。(Egより小さなエネルギーで励起子を生成できる) ○自由キャリア吸収 ・金属における光の吸収。 ・自由キャリアとは電子またはホールそのもの。 なのですが、合っているでしょうか。また、他に特徴があればお教えください。

  • 半導体について

    『半導体』 「電気伝導性が導体と絶縁体との中間である物質。絶対零度では伝導性を示さず、温度の上昇に伴って伝導性が高くなる。ゲルマニウム・セレンなどがあるが、不純物を微量加えたn型・p型半導体のほうが実用が多く、ダイオードやトランジスタに利用。」 辞書には上記のように書かれておりますが、そもそも半導体ってどんな機械に使われているのですか? この性質を用いて何ができるのでしょうか? また、今は半導体業界が急上昇という記事を耳にしますが、半導体事業ってなぜ儲かっているのでしょうか?

  • 電磁波吸収に使用する磁性材料と、複素透磁率について

    ご覧いただきありがとうございます。 電磁波吸収の方法について調べていたのですが、おおまかに透磁率、誘電率、導電率を用いた方法があると学びました。 この中の透磁率についてなのですが、多くは軟磁性体を用いていると思います。 (1)硬磁性体が使われない理由とはなんでしょうか? →電磁波で磁界の波が着ても、硬磁性体では磁束密度があまり変わらないからでしょうか。 また、複素透磁率について (2)虚部のグラフを見ると、2つピークがあるようですが、これは磁壁共鳴ともうひとつは何の共鳴なのでしょうか? おひとつでも答えていただけますと助かります。 よろしくお願いします。