The Relation of Optical to Mechanical Properties of Metals

A. V. Druzhinin

doi:10.17804/2410-9908.2025.6.090-099

A. V. Druzhinin

THE RELATION OF OPTICAL TO MECHANICAL PROPERTIES OF METALS

DOI: 10.17804/2410-9908.2025.6.090-099

The paper discusses the quantum mechanical mechanism underlying the relation of optical to mechanical characteristics of solids. The results of the study are based on a new analytical relationship between optics and electrodynamics. A quantum mechanical basis for the correlation between the ratio of two optical constants and percentage elongation (plasticity) of metals has been found.

Acknowledgement: The research was performed under the state assignment from the Russian Ministry of Science and Higher Education, theme Function, No. 122021000035-6. Special gratitude is expressed to Vasily V. Evstigneev for his assistance in working on the paper.

Keywords: optical constants, material electrodynamic characteristics, plasticity, quaternions, electronic states of condensed matter, angular momentum: spin and orbital

References:

Bethe, H. and Sommerfeld, A. Electronnaya teoriya metallov [The Electron Theory of Metals]. ONTI NKTP SSSR Publ., Moscow, Leningrad, 1938, 315 p. (In Russian).
Landau, L.D. and Lifshitz, E.M. Elektrodinamika sploshnykh sred [Electrodynamics of Continuous Media]. Gostekhizdat Publ., Moscow, 1957, 530 p. (In Russian).
Druzhinin, A.V. High-frequency electrodynamics and mechanics of anisotropic media. Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures, 2022, 5, 15–22. DOI: 10.17804/2410-9908.2022.5.015-022. Available at: http://dream-journal.org/issues/content/article_371.html
Druzhinin, A.V. and Kuznetsova, T.V. Refractive index of light from a condensed matter. New version. Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures, 2024, 6, 163–169. DOI: 10.17804/2410-9908.2024.6.163-169. Avialable at: http://dream-journal.org/issues/2024-6/2024-6_488.html
Sokolov, A.V. Optical Properties of Metals, Blackie, London, 1967, 472 p.
Lukoyanov, A.V., Knyazev, Yu.V., Kuzmin, Yu.I., Neznakhin, D.S., and Bartashevich, M.I. Magnetic moments, electronic structure, and optical spectroscopy of cobalt-based intermetallic compounds YCo₃, Y₂Co₇, and LaCo₅. Journal of Experimental and Theoretical Physics, 2020, 131, 600–606. DOI: 10.1134/S1063776120080026.
Kantor, I.L. and Solodovnikov, A.S. Giperkomplesnye chisla [Hypercomplex Numbers]. Nauka Publ., Moscow, 1973, 144 p. (In Russian).
Druzhinin, A.V., Varenkov, V.I., Kochedykov, V.A., and Akashev L.A. Mechanism of optical absorption in ferromagnetic materials. Physics of the Solid State, 2005, 47, 1526–1527. DOI: 10.1134/1.2014506.
Berglund, C.N. and Spicer, W.E. Photoemission studies of copper and silver: theory. Phys. Rev., 1964, 136 (4A), A1030–A1044. DOI: 10.1103/PhysRev.136.A1030.
Landolt-Börnstein Zahlenwerte und Funktionen aus Naturwissenschaften und Technik, Band 15, Metalle: Elektronische Transportphänomene, Springer–Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, Tokio, 1985.
Zolotarev, V.M., Morozov, V.N., and Smirnova, E.V. Opticheskie postoyannye prirodnykh i tekhnicheskih sred [Optical Constants of Natural and Technical Environments]. Khimiya Publ., Leningrad, 1984, 216 p. (In Russian).
Landau L.D. and Lifshitz E.M. Elektrodinamika sploshnykh sred [Electrodynamics of Continuous Media]. Nauka Publ., Moscow, 1982, 620 p. (In Russian).
Golovin, V.A. and Ulyanova, E.Kh. Svoistva blagorodnykh metallov i splavov [Properties of Noble Metals and Alloys: Handbook]. Metallurgiya Publ., Moscow, 1964, 188 p. (In Russian).
Available at: https://www.espimetals.com/
Savitskii, E.M. Blagorodnyye metally [Noble Metals: A Handbook]. Metallurgiya Publ., Moscow, 1984, 592 p. (In Russian).
Rakić, A.D., Djurišić, A.B., Elazar, J.M., and Majewski, M.L. Optical properties of metallic films for vertical-cavity optoelectronic devices. Applied Optics, 1998, 37, 5271–5283. DOI: 10.1364/AO.37.005271.
Golovaskin, A.I., Levchenko, I.S., Motulevich, G.P., and Shubin, A.A. The optical properties of indium. Soviet Physics JETP, 1967, 24 (6), 1093–1100.
Hagemann, H.-J., Gudat, W., and Kunz, C. Optical constants from the far infrared to the x-ray region: Mg, Al, Cu, Ag, Au, Bi, C, and A1₂0₃. J. Opt. Soc. Am., 1975, 65 (6), 742–744. DOI: 10.1364/JOSA.65.000742.

А. В. Дружинин

СВЯЗЬ ОПТИЧЕСКИХ И МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МЕТАЛЛОВ

В работе обсуждается квантово-механический механизм, лежащий в основе взаимосвязи оптических и механических характеристик твердых тел. Результаты настоящей работы основаны на новой аналитической связи между оптическими и электродинамическими свойствами. Установлена квантово-механическая основа корреляционной связи между величинами отношения двух оптических констант и значениями относительного удлинения (пластичности) металлов.

Благодарность: Исследование выполнено в рамках государственных заданий Минобрнауки России (тема № 122021000035-6 «Функция»). Автор выражает отдельную благодарность Евстигнееву Василию Владимировичу за помощь в работе над статьей.

Ключевые слова: оптические константы, материальные электродинамические характеристики, пластичность, кватернионы, электронные состояния конденсированной среды, момент импульса: спиновый и орбитальный

Библиография:

Бете Г., Зоммерфельд А. Электронная теория металлов / пер. с нем. К. К. Федченко; под ред. М. А. Ельяшевича. – Ленинград ; Москва : ОНТИ НКТП СССР, 1938. – 315 c.
Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Электродинамика сплошных сред. – М. : Гостехиздат, 1957. – 530 с.
Druzhinin A. V. High-frequency electrodynamics and mechanics of anisotropic media // Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. – 2022. – Iss. 5. – P. 15–22. – DOI: 10.17804/2410-9908.2022.5.015-022. – URL: http://dream-journal.org/issues/content/article_371.html
Druzhinin A. V., Kuznetsova T. V. Refractive index of light from a condensed matter. New version // Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. – 2024. – Iss. 6. – P. 163–169. – DOI: 10.17804/2410-9908.2024.6.163-169. – URL: http://dream-journal.org/issues/2024-6/2024-6_488.html
Sokolov A. V. Optical Properties of Metals. – London : Blackie, 1967. – 472 p.
Magnetic moments, electronic structure, and optical spectroscopy of cobalt-based intermetallic compounds YCo₃, Y₂Co₇, and LaCo₅ / A. V. Lukoyanov, Yu. V. Knyazev, Yu. I. Kuzmin, D. S. Neznakhin, M. I. Bartashevich // Journal of Experimental and Theoretical Physics. – 2020. – Vol. 131 (4). – P. 600–606. – DOI: 10.1134/S1063776120080026.
Кантор И. Л., Солодовников А. С. Гиперкомплексные числа. – М. : Наука, 1973. – 144 с.
Mechanism of optical absorption in ferromagnetic materials / A. V. Druzhinin, V. I. Varenkov, V. A. Kochedykov, L. A. Akashev // Physics of the Solid State. – 2005. – Vol. 47. – P. 1526–1527. – DOI: 10.1134/1.2014506.
Berglund C. N., Spicer W. E. Photoemission studies of copper and silver: theory // Phys. Rev. – 1964. – Vol. 136 (4A). – P. A1030–A1044. – DOI: 10.1103/PhysRev.136.A1030.
Landolt-Börnstein Zahlenwerte und Funktionen aus Naturwissenschaften und Technik. Band 15 : Metalle: Elektronische Transportphänomene. – Berlin; Heidelberg; New York; Tokio : Springer–Verlag, 1985.
Золотарев В. М., Морозов В. Н., Смирнова Е. В. Оптические постоянные природных и технических сред : справочник. – Л. : Химия, 1984. – 216 с.
Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Электродинамика сплошных сред. – 2-е изд., перераб. – М. : Наука, 1982. – 620 с.
Головин В. А., Ульянова Э. Х. Свойства благородных металлов и сплавов : справочник. – Москва : Металлургия, 1964. – 188 с.
URL: https://www.espimetals.com/
Благородные металлы : справочник / под ред. Е. М. Савицкого. – М. : Металлургия, 1984. – 592 с.
Optical properties of metallic films for vertical-cavity optoelectronic devices / A. D. Rakić, A. B. Djurišic, J. M. Elazar, M. L. Majewski // Applied Optics. – 1998. – Vol. 37 (22). – P. 5271–5283. – DOI: 10.1364/AO.37.005271.
The optical properties of indium / A. I. Golovashkin, I. S. Levchenko, G. P. Motulevich, A. A. Shubin // Soviet Physics JETP. – 1967. – Vol. 24 (6). – P. 1093–1100.
Hagemann H.-J., Guda, W., Kunz C. Optical constants from the far infrared to the x-ray region: Mg, Al, Cu, Ag, Au, Bi, C, and A1₂0₃ // J. Opt. Soc. Am. – 1975. – Vol. 65 (6). – P. 742–744. – DOI: 10.1364/JOSA.65.000742.

Библиографическая ссылка на статью

Druzhinin A. V. The Relation of Optical to Mechanical Properties of Metals // Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. - 2025. - Iss. 6. - P. 90-99. -
DOI: 10.17804/2410-9908.2025.6.090-099. -
URL: http://dream-journal.org/issues/2025-6/2025-6_541.html
(accessed: 18.04.2026).