Каков источник цвета осмия?

Ответ здесь .

В статье «Структура энергетических зон и оптическое поглощение в осмии» (Сов. физ. ЖЭТФ 63, 115 (1986)) Немошкаленко с соавт. сообщить об измерениях комплексного показателя преломления осмия (который можно извлечь из отражательной способности и связать с комплексной проводимостью). В отличие от кубических металлов, таких как золото, осмий имеет гексагональную кристаллическую структуру, что означает, что его оптические свойства не изотропны. Свет с электрическим полем в плоскости шестиугольника ($\mathbf{E}\perp \mathbf{c}$) имеет другую отражательную способность, чем свет с электрическим полем, перпендикулярным шестиугольнику ($\mathbf{E}\parallel\mathbf{c}$), куда$\mathbf{c}$- вектор решетки, нормальный к шестиугольникам.

Посмотрите на рисунок 1(b), который представляет собой измеренную отражательную способность (видимый диапазон соответствует ~1,75-3 эВ). Как указал @JohnRennie, в красном цвете наблюдается провал отражательной способности (то, что авторы называют полосой поглощения B), особенно для$\mathbf{E}\parallel \mathbf{c}$, что приводит к более синему цвету.

Авторы объясняют такое поведение расчетом зонной структуры осмуима. Они обнаружили, что теория предсказывает, что полоса поглощения B возникает из-за пары электронных переходов (их полосы$7\to 8$и$8\to 9$), которые они описывают как$d\leftrightarrow p$типовые переходы.

Как обычно бывает с металлами, цвет описывается межзонным поглощением. По сути, у вас есть кристалл с беспорядком энергетических зон, детали которых являются результатом типа решетки, различных электронных орбиталей в каждом атоме, связей между ними и других взаимодействий, таких как спин-орбитальная связь. Для низких энергий в проводимости обычно преобладает поведение свободных электронов (подобное Друде). Когда энергия фотона соответствует разнице энергий между занятой и незанятой зонами, возникает межзонное поглощение. Вот почему, например, медь и золото имеют свои цвета, а платина и серебро кажутся бесцветными (Pt и Ag не имеют межзонных переходов в видимом диапазоне и ниже). Для осмия, по-видимому, полоса с$d$-орбитальный характер заполнен электронами, а с фотонами в диапазоне 1-1,5 эВ (с$\mathbf{E}\parallel \mathbf{c}$чтобы матричные элементы работали), вы можете перевести эти электроны в другую полосу с помощью$p$-орбитальный характер. Что немного интересно в осмии, так это то, что существует ряд низкоэнергетических (инфракрасных) переходов, что отличает его от Pt, Ag, Au, Cu и т. д.

Я нашел здесь спектры отражения осмия и нарисовал их, чтобы вы могли видеть, как они выглядят:

(из статьи непонятно, что$R_1$и$R_2$- предположительно это коэффициенты отражения какой-то формы)

В основном осмий не окрашен. По сравнению с золотом и медью спектр скучно плоский. Только если мы увеличим масштаб$y$ось, по которой мы можем видеть, что вызывает цвет:

Это показывает, что отражательная способность имеет пик для зеленого света (500–550 нм), а отражательная способность фактически падает для синего света (левая часть графика). $R_2$отражательная способность держится на красном конце (правая сторона графика), хотя$R_1$падает, и, предположительно, снижение отражательной способности на красном конце вызывает синий оттенок (было бы полезно, если бы в статье объяснялось, что именно$R_1$и$R_2$находятся). Однако это очень небольшой эффект. Я подозреваю, что только чувствительность человеческого восприятия цвета делает синий оттенок вообще различимым.

В конечном счете, это прославленное «я не знаю», как вы предположили в своем вопросе. Я хочу сказать, что на самом деле нет никаких особенностей поглощения, которые вы получаете с золотом и медью, поэтому легкий оттенок вряд ли можно отнести к какой-то конкретной электронной функции.

Сноска:

Согласно этой странице на сайте, на который я ссылался выше , отражения$R_1$и$R_2$используются для плеохроических минералов , т.е. минералов, в которых коэффициент отражения плоскополяризованного света зависит от ориентации света относительно минерала. Учитывая разницу между$R_1$и$R_2$для красного света, который предполагает, что синий оттенок будет зависеть от ориентации, если осмий рассматривается в поляризованном свете.