恒定電場作用下電子運動ppt課件

1、05_02_晶體中電子在電場和磁場中的運動恒定電場作用下電子的運動5.2 恒定電場作用下電子的運動恒定電場作用下電子的運動 一維緊束縛近似下，電子在恒定電場作用下的運動規(guī)律一維緊束縛近似下，電子在恒定電場作用下的運動規(guī)律kaJJkEiicos2)(10dkkdEkv)(1)(kaaJkvsin2)(1222/)(*dkEdkmkaaJkmcos2/)(*212電子的能量電子的能量電子的速度電子的速度有效質量有效質量01/1105_02_晶體中電子在電場和磁場中的運動恒定電場作用下電子的運動簡約布里淵區(qū)能帶、電子的速度和有效質量簡約布里淵區(qū)能帶、電子的速度和有效質量能帶底部能帶底部2122)(*

2、aJkm2122)(*aJkm能帶頂部能帶頂部0)(kv0)(kvkaaJkvsin2)(1kaaJkmcos2/)(*212/ka 0k 02/1105_02_晶體中電子在電場和磁場中的運動恒定電場作用下電子的運動/FdtdkFdtdkkaJJkEiicos2)(10 電子在電子在k空間做勻速運動空間做勻速運動kaaJkvsin2)(1電場力電場力 沿沿k軸的正方向軸的正方向E沿沿k的負方向的負方向EqF)1sin(2)(1FtaaJkvdkkdEkv)(1)(電子的速度電子的速度 在外加電場作用下電子的運動在外加電場作用下電子的運動 03/1105_02_晶體中電子在電場和磁場中的運動恒定

3、電場作用下電子的運動 電子的運動堅持在同一個能帶內，能量周期性變化電子的運動堅持在同一個能帶內，能量周期性變化 k空間布里淵區(qū)空間布里淵區(qū))1sin(2)(1FtaaJkv電子的速度電子的速度 同時從同時從 k= -/a 挪動進來挪動進來 電子從電子從 k=/a 挪動出去挪動出去dkFdt04/1105_02_晶體中電子在電場和磁場中的運動恒定電場作用下電子的運動電子速度振蕩電子速度振蕩 FtaaJkv1sin2)(1t=0: k = 0，m* 0 外力作用使電子加速，外力作用使電子加速，v(k) 增大增大k = /2a1( )2/v kJ a)(* kmk /2a， m* 0， v(k) 不

4、斷減小不斷減小 電子到達能帶底部電子到達能帶底部06/1105_02_晶體中電子在電場和磁場中的運動恒定電場作用下電子的運動電子運動在實空間中的描畫電子運動在實空間中的描畫 電子在實空間中運動的振蕩電子在實空間中運動的振蕩能帶的傾斜能帶的傾斜 外電場對電子能量本征值附加的能量外電場對電子能量本征值附加的能量 E沿沿 x 方向方向qVEExV qExEFtaaJkv1sin2)(107/1105_02_晶體中電子在電場和磁場中的運動恒定電場作用下電子的運動電子運動的振蕩電子運動的振蕩 t=0電子由帶底電子由帶底A點經過點經過B點到達點到達C點點 k=0 到到 k=/a 的運的運動動 在在C點電子

5、遇到帶隙，相對于存在一個位勢壘，電子點電子遇到帶隙，相對于存在一個位勢壘，電子將被全部反射回來，電子由將被全部反射回來，電子由C點經過點經過B點回到點回到A點點 k=- /a 到到 k=0 的運動的運動08/1105_02_晶體中電子在電場和磁場中的運動恒定電場作用下電子的運動 電子在運動的過程中，由于遭到聲子、雜質和缺陷的電子在運動的過程中，由于遭到聲子、雜質和缺陷的散射碰撞，相鄰兩次散射之間的平均時間間隔為電子散射碰撞，相鄰兩次散射之間的平均時間間隔為電子的平均自在運動時間：的平均自在運動時間： 假設假設 很小，電子來不及完成振蕩運動就被散射破壞很小，電子來不及完成振蕩運動就被散射破壞了了

6、 1 振蕩圓頻率振蕩圓頻率察看電子運動振蕩的條件察看電子運動振蕩的條件09/1105_02_晶體中電子在電場和磁場中的運動恒定電場作用下電子的運動1)/2(2qEa振蕩圓頻率振蕩圓頻率假設假設 a 0.3 nm, 10-13 s，那么，那么 E 2107 V/m 在金屬中無法實現，對于絕緣體早已被擊穿在金屬中無法實現，對于絕緣體早已被擊穿 很難察看到電子的振蕩，在普通電場下，在很難察看到電子的振蕩，在普通電場下，在k空間電空間電 子只是發(fā)生了一個小位移，無法實現振蕩子只是發(fā)生了一個小位移，無法實現振蕩2T2 /( )aTv kdkFdt( )dkqEv kdt110/1105_02_晶體中電子在電場和磁場中的運動恒定電場作用下電子的運動 根據量子實際，電子可以發(fā)生勢壘貫穿效應根據量子實際，電子可以發(fā)生勢壘貫穿效應qEEdg)(2exp2qEEmEEgg穿透位壘的幾率穿透位壘的幾率 當電場足夠強時，假設下面的能帶被電子填充溢，或者當電場足夠強時，假設下面的能帶被電子填充溢，或者接接 近填充溢，上面