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能带结构

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固体物理學中,固体能带结构 (又称电子能带结构)描述了禁止或允许电子所带有的能量,这是周期性晶格中的量子动力学电子波衍射引起的。材料的能带结构决定了多种特性,特别是它的电子学和光学性质。


为何有能带[编辑]

单个自由原子的电子占据了原子轨道,形成一个分立的能级结构。如果几个原子集合成分子,他们的原子轨道发生类似于耦合振荡的分离。这会产生与原子数量成比例的分子轨道。当大量(数量级为10^{20}或更多)的原子集合成固体时,轨道数量急剧增多,轨道相互间的能量的差别变的非常小。但是,无论多少原子聚集在一起,轨道的能量都不是连续的。

这些能级如此之多甚至无法区分。首先,固体中能级的分离与电子和声原子振动持续的交换能相比拟。其次,由于相当长的时间间隔,它接近于由于不确定性原理引起的能量的不确定度。

物理学中流行的方法是从不带电的电子和原子核出发,因为它们是自由的平面波,可以具有任意能量,并在带电后衰减。这导致了布拉格反射和带结构。

基本概念[编辑]

不同固体的能带结构[编辑]

态密度[编辑]

能带填充[编辑]

晶体的能带结构[编辑]

布里渊区[编辑]

晶体能带结构理论[编辑]

近自由电子近似[编辑]

Mott绝缘体[编辑]

Mott绝缘体是指在金属中,尽管还有空的能阶,但是电子间的相互作用太强,导致其它的电子没有办法在空的能阶中移动。所以尽管看起来跟金属一样,但是导电性质却像绝缘体。

其它[编辑]

参考资料[编辑]

  1. Kotai no denshiron (The theory of electrons in solids), by Hiroyuki Shiba, ISBN 4-621-04135-5
  2. Microelectronics, by Jacob Millman and Arvin Gabriel, ISBN 0-07-463736-3, Tata McGraw-Hill Edition.
  3. Solid State Physics, by Neil Ashcroft and N. David Mermin, ISBN 0-03-083993-9,
  4. Introduction to Solid State Physics by Charles Kittel, ISBN 0-471-41526-X
  5. Electronic and Optoelectronic Properties of Semiconductor Structures - Chapter 2 and 3 by Jasprit Singh, ISBN 0-521-82379-X

参见[编辑]