能帶結構

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固態物理學中,固體能帶結構 (又稱電子能帶結構)描述了禁止或允許電子所帶有的能量,這是周期性晶格中的量子動力學電子波衍射引起的。材料的能帶結構決定了多種特性,特別是它的電子學和光學性質。


為何有能帶[編輯]

單個自由原子的電子佔據了原子軌道,形成一個分立的能級結構。如果幾個原子集合成分子,他們的原子軌道發生類似於耦合振蕩的分離。這會產生與原子數量成比例的分子軌道。當大量(數量級為10^{20}或更多)的原子集合成固體時,軌道數量急劇增多,軌道相互間的能量的差別變的非常小。但是,無論多少原子聚集在一起,軌道的能量都不是連續的。

這些能級如此之多甚至無法區分。首先,固體中能級的分離與電子和聲原子振動持續的交換能相比擬。其次,由於相當長的時間間隔,它接近於由於不確定性原理引起的能量的不確定度。

物理學中流行的方法是從不帶電的電子和原子核出發,因為它們是自由的平面波,可以具有任意能量,並在帶電後衰減。這導致了布拉格反射和帶結構。

基本概念[編輯]

不同固體的能帶結構[編輯]

態密度[編輯]

能帶填充[編輯]

晶體的能帶結構[編輯]

布里淵區[編輯]

晶體能帶結構理論[編輯]

近自由電子近似[編輯]

Mott絕緣體[編輯]

Mott絕緣體是指在金屬中,儘管還有空的能階,但是電子間的相互作用太強,導致其它的電子沒有辦法在空的能階中移動。所以儘管看起來跟金屬一樣,但是導電性質卻像絕緣體。

其它[編輯]

參考資料[編輯]

  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

參見[編輯]