快人一步就点它！这么接地气的光学性质计算知识！谁看谁懂！

1. 光学性质（Optical properties）计算几个知识点

1）晶体分类

分析光学性质需要研究晶体的分类，那么，研究晶体分类对分析光学性质究竟有什么意义呢？

举个例子来说明一下：比如二硫化钼MoS₂，是类石墨烯二维半导体材料的典型代表，属于六角晶系晶体，它由一层一层的MoS₂堆叠而成，而每一层MoS₂是由两层的S原子和一层的Mo原子堆叠而成的三明治状的层状结构。

因此涉及到的光学性质计算均采用ԑ_xx = ԑ_yy ≠ ԑ_zz进行计算。这对分析光学性质极化方向选择提供了参考。

接下来就对晶体进行下分类，从晶体的光学性质看，可以分成三类晶体：

a. 各向同性晶体：对于此类晶体，ԑ_xx = ԑ_yy = ԑ_zz，光在晶体中的传播与光的入射方向无关。简单立方晶体和体心立方晶体具备该特征。

b. 单轴晶体：对于此类晶体，ԑ_xx = ԑ_yy ≠ ԑ_zz，光在晶体中沿Z向传播与XY平面传播不同。三角晶系和六角晶系的晶体具备该特征。

c. 双轴晶体：对于此类晶体，ԑ_xx ≠ ԑ_yy ≠ ԑ_zz，光在晶体中不同方向的传播均不相同。单斜晶系、三斜晶系和正交晶系的晶体具备该特征。

2）常用光学系数

光学常数随入射光频率的变化而变化，这一现象称为色散现象。

折射率n(ω)和消光系数k(ω)被称为基本光学常数，用于表征光在介质中的传播；加上吸收系数α(ω)和反射率R(ω)，只要知道材料的这四个基本光学常数，即可描述和表征材料的所有光学性质。

而能量损失谱L(ω)则常用于表征光在介质中传播时能量的散射和损失。

3）计算公式

介电函数的虚部ε₂(ω)，根据占据和非占据波函数间的跃迁之和、由下述公式^[1]求得

运用 Kramer-Kronig 关系式^[2]得出介电函数的实部ε₁(ω),

基于ε₁(ω)和ε₂(ω),其他的光学性质,包括反射率R(ω)、吸收系数α(ω)、能量损失谱L(ω)和复数折射率都能计算得到^[3]。

2. 光学性质（Optical properties）分析后得到的图谱

在CASTEP Analysis中，在Function选项中可以选择不同光学常数，在Units可以选择横坐标的单位，通常有eV、cm^-1或者nm。

反射谱

光吸收谱

介电函数

复数折射率 

能量损失谱

参考文献:

[1] Sonali Saha, T. P. Sinha, Abhijit Mookerjee. Electronic structure, chemical bonding, and optical properties of paraelectric BaTiO₃[J]. Phys.rev.b, 2000, 62(13): 699-702

[2] Peter Y. Yu, Manuel Cardona. Fundamentals of semiconductors: physics and materials properties[M]: Springer, 2010

[3] Meng Qiu Cai, Zhen Yin, Ming Sheng Zhang. Optical properties of strontium titanate by ab initio calculation within density functional theory[J]. Chemical Physics Letters, 2004, 388(1–3): 223-227

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