固態(tài)電子理論課件

Chp1.量子力學(xué)基礎(chǔ)一、波粒二象性Heisenberg不確定原理二、經(jīng)典統(tǒng)計(jì)與量子統(tǒng)計(jì)固態(tài)電子理論

T=0K（基態(tài)groundstate）時(shí)，最高的被電子充滿能級(jí)能量為EF，以下能級(jí)全滿，以上能級(jí)全空。

2費(fèi)米能級(jí)(FermienergyLevel)---金屬

費(fèi)米分布(Fermidistribution)

：

T＞0K時(shí)，某些電子受到激發(fā)，移到費(fèi)米能級(jí)以上的能級(jí)，達(dá)到平衡的分布分布函數(shù)：某能級(jí)E被電子占據(jù)的幾率只是溫度的函數(shù)固態(tài)電子理論3．費(fèi)米能（量）：EF≈EF0[1－π（kBT/EF0）2/12]T=0，EF=EF0。故EF0為T=0K時(shí)系統(tǒng)的費(fèi)米能量

T＞0，EF＜EF0。T升高，EF降低一般溫度（包括室溫左右）：EF≈EF0（kBT/EF0僅10-2量級(jí)）

費(fèi)米面即能量值為費(fèi)米能的等能面（自由電子為球面）固態(tài)電子理論Chp2固態(tài)電子理論一、金屬自由電子理論二、固體能帶理論——對(duì)金屬和半導(dǎo)體、絕緣體的電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行統(tǒng)一描述1.一維晶體點(diǎn)陣周期性勢(shì)場(chǎng)的特點(diǎn)能帶理論中最重要的結(jié)論：固態(tài)電子理論2.三維晶體點(diǎn)陣

能級(jí)分裂：n個(gè)同種原子接近時(shí)，相同的原子能級(jí)分裂(split)成

n個(gè)能量不同的能級(jí)（分子軌道）

能帶

(electronenergyband)：許多原子聚集，由許多分子軌道組成的近乎連續(xù)的能級(jí)帶

帶寬：能帶中最高能級(jí)與最低能級(jí)的能量差與原子數(shù)目無關(guān)，僅取決于原子間距，間距小，帶寬大。固態(tài)電子理論三維晶體點(diǎn)陣的特殊性質(zhì)重要區(qū)別固態(tài)電子理論3量子電導(dǎo)理論材料的電子結(jié)構(gòu)與導(dǎo)電性能帶electronenergyband重迭分離外層電子能級(jí)N個(gè)原子N個(gè)能級(jí)固態(tài)電子理論3.能帶電子填充情況與導(dǎo)電性能帶術(shù)語

價(jià)帶(Valenceband)：價(jià)電子能級(jí)展寬成的能帶

可滿可不滿

滿帶(Filledband)：添滿電子的價(jià)帶

空帶(Emptyband)：價(jià)電子能級(jí)以上的空能級(jí)展寬成的能帶

導(dǎo)帶(Conductionband)：0K時(shí)最低的可接受被激發(fā)電子的空帶

禁帶(BandGaps)：兩分離能帶間的能量間隔，又稱為能隙（ΔEg）固態(tài)電子理論

導(dǎo)體：價(jià)帶未填滿；或滿帶與空帶重疊。

絕緣體：滿的價(jià)帶與空的導(dǎo)帶間的禁帶寬，ΔEg＞5eV。

半導(dǎo)體：滿的價(jià)帶與空的導(dǎo)帶間的禁帶較小，ΔEg＜2eV。固態(tài)電子理論a.b.c.

半導(dǎo)體三種：a．ΔEg很?。簾峒せ畋菊?/p>

b．ΔEg較?。焊邇r(jià)雜質(zhì)N型

c．ΔEg較?。旱蛢r(jià)雜質(zhì)P型固態(tài)電子理論FIGURE12.4

Thevariouspossibleelectronbandstructuresinsolidsat0K.固態(tài)電子理論補(bǔ)充1.晶格熱容的量子理論

Quantumtheoryoflatticethermalcapacity一、晶格熱容理論（CV）；固體的熱容接近3NkB，杜隆—珀替定律二、晶格熱容CV計(jì)算模型；Ⅰ.愛因斯坦(Einstein)模型；Ⅱ.德拜(P.Debye)模型。固態(tài)電子理論補(bǔ)充2、相互作用的電子體系傳統(tǒng)的能帶理論在處理固體中的電子系統(tǒng)時(shí)，首先是忽略了電子之間相互作用，將電子系統(tǒng)視為相互獨(dú)立的理想氣體，考慮單電子與晶體的周期結(jié)構(gòu)之間的相互作用，從而得到了固體的能帶結(jié)構(gòu)，然后再引入電子間的相互作用加以修正。固態(tài)電子理論補(bǔ)充3、強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系凝聚態(tài)理論已經(jīng)搞清楚了許多材料的物性問題，但是還存在一些疑難問題懸而未決強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系是指電子間的交互作用不可忽略的系統(tǒng)。固態(tài)電子理論在強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系，由于電子之間的強(qiáng)相互作用，導(dǎo)致了許多新奇的物理現(xiàn)象。如高溫超導(dǎo)體、二維電子氣中的分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)、錳氧化物材料中的巨磁阻效應(yīng)、重費(fèi)米子系統(tǒng)、二維高遷移率材料中的金屬－絕緣體相變、量子相變和量子臨界現(xiàn)象、一維導(dǎo)體中的電荷密度波等等。固態(tài)電子理論NiO，MnO，CoO等氧