Defektinduzierte Absorption glasiger und kristalliner Silicate im fernen Infrarot

Abstract

Die dielektrische Absorption aller Gläser und partiell kristallinen Stoffe steigt im Mikrowellengebiet mit wachsender Frequenz an. Der Anstieg führt zu einem temperaturunabhängigen Maximum der Absorption im fernen IR, das als defektinduzierte Absorption durch die niederfrequenten („akustischen") Gitterschwingungen gedeutet wird. Von Kristallen ist bekannt, daß Defekte, deren Kraftkonstanten ähnlich denen des Wirtsgitters sind, durch den Zusammenbruch der Translationssymmetrie (der Auswahlregeln) das ganze akustische Band optisch aktiv machen können. Der gleiche Mechanismus wird für das „defekte Gitter" eines Glases angenommen. Der Zusammenbruch der Auswahlregeln erklärt die starke Absorption aller amorphen Strukturen im fernen IR. Diese optisch aktiven Gitterschwingungen sind stark gedämpft, haben aber etwa die gleiche Frequenzverteilung wie die Schwingungen des entsprechenden Kristallgitters (gleiche Nahordnung!). Das bestätigten alle Messungen, bei denen die IR-Absorption mit dem durch Rechnung oder Neutronenstreuung bekannten Schwingungsspektrum verglichen werden konnte. Wo das nicht der Fall war, lassen die IR-Messungen die ersten Rückschlüsse auf die Frequenz des Maximums des Gitterschwingungs-Spektrums zu. Sie ist in Alkalisilicatgläsern niedriger als in Kieselglas (schwächere Bindung der „schwebenden Sauerstoffe”) und noch niedriger in Bleisilicatglas (Ankopplung größerer Massen an das Gitter).