純粋で透明度が高い固体について

質問

・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。

回答No.3

shintaro-2 · ベストアンサー

>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。

お礼

分かり易い説明で有難うございました。

回答No.2

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。

回答No.1

phosphole

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。

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？