Biophysics · 07.02

結晶材料の光学特性

Optical properties of crystalline materials

🧠 結晶の光学特性は電子構造electronic structure電子構造（electronic structure）electronic structure（電子構造）と方向依存性により、吸収、屈折、複屈折birefringence複屈折（birefringence）birefringence（複屈折）として現れる。

結晶の異方性

立方晶cubic crystal立方晶（cubic crystal）cubic crystal（立方晶）は光学的等方的optically isotropic光学的等方的（optically isotropic）optically isotropic（光学的等方的）になりやすいが、非立方晶cubic crystal立方晶（cubic crystal）cubic crystal（立方晶）では電場electric field電場（electric field）electric field（電場）方向により屈折率refractive index屈折率（refractive index）refractive index（屈折率）が異なる。

flowchart TD
  A["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='polarized light'>偏光</span>が結晶へ入射"]
  B["方向別に異なる位相速度（phase velocity）"]
  C["2成分に位相遅れ（phase retardation）"]
  A --> B
  B --> C

吸収・屈折・複屈折

v=\frac{c}{n},\qquad \Delta n=n_e-n_o

常光線ordinary ray常光線（ordinary ray）ordinary ray（常光線）と異常光線extraordinary ray異常光線（extraordinary ray）extraordinary ray（異常光線）の屈折率refractive index屈折率（refractive index）refractive index（屈折率）差が複屈折birefringence複屈折（birefringence）birefringence（複屈折）を生む。

偏光観察との接続

複屈折birefringence複屈折（birefringence）birefringence（複屈折）は結晶格子grating格子（grating）grating（格子）の方向性が屈折率refractive index屈折率（refractive index）refractive index（屈折率）へ現れたもので、偏光polarized light偏光（polarized light）polarized light（偏光）変化は偏光顕微鏡polarization microscope偏光顕微鏡（polarization microscope）polarization microscope（偏光顕微鏡）で観察できる。

透明領域transparent window透明領域（transparent window）transparent window（透明領域）はバンドギャップband gapバンドギャップ（band gap）band gap（バンドギャップ）が光子エネルギーより大きい。
異方性anisotropy異方性（anisotropy）anisotropy（異方性）は光学軸optic axis光学軸（optic axis）optic axis（光学軸）に依存。
二色性dichroism二色性（dichroism）dichroism（二色性）では偏光polarized light偏光（polarized light）polarized light（偏光）方向で吸収も異なる。

材料・生体への応用

偏光顕微鏡法polarization microscopy偏光顕微鏡法（polarization microscopy）polarization microscopy（偏光顕微鏡法）で結晶、コラーゲン、アミロイドamyloidアミロイド（amyloid）amyloid（アミロイド）などを識別する。

まとめ

結晶の光学特性は電子構造electronic structure電子構造（electronic structure）electronic structure（電子構造）と方向依存性により、吸収、屈折、複屈折birefringence複屈折（birefringence）birefringence（複屈折）として現れる。
透明領域transparent window透明領域（transparent window）transparent window（透明領域）はバンドギャップband gapバンドギャップ（band gap）band gap（バンドギャップ）が光子エネルギーより大きい。
偏光顕微鏡法polarization microscopy偏光顕微鏡法（polarization microscopy）polarization microscopy（偏光顕微鏡法）で結晶、コラーゲン、アミロイドamyloidアミロイド（amyloid）amyloid（アミロイド）などを識別する。