固體物理學 課件 第6章 能帶理論6.1節(jié)

固體物理學主講教師：胡建民哈爾濱師范大學物理與電子工程學院1第六章能帶理論2經典的自由電子理論量子的自由電子理論金屬的熱容理論導電和導熱問題熱容問題：失敗索末菲自由電子模型電子熱容晶格熱容能帶理論導體和絕緣體導電性差異？第六章能帶理論3周期場中的單電子布洛赫定理緊束縛近似法能帶論的基本模型求解能帶的方法近自由電子近似法布洛赫電子的準經典運動導體、絕緣體和半導體第六章能帶理論第一節(jié)能帶論的基本模型4固體中的微觀粒子滿足薛定諤方程體系的哈密頓量電子動能電子離子互作用勢能電子間的相互作用勢能多種粒子的多體問題離子動能第六章能帶理論第一節(jié)能帶論的基本模型5絕熱近似(Born-OppenheimerApproximation)多種粒子的多體問題簡化為離子勢場中的多電子問題電子運動方程核運動方程1927年，由玻恩和他的學生奧本海默提出第六章能帶理論玻恩-奧本海默近似MaxBornJuliusRobertOppenheimer6第六章能帶理論RobertOppenhaimer7第六章能帶理論奧本海默與曼哈頓計劃8第六章能帶理論91945年7月15日凌晨5點30分，世界上第一顆原子彈在新墨西哥州阿拉莫戈多沙漠試爆成功；8月6日和9日，美國分別在日本的廣島和長崎投下了原子彈；8月15日，日本天皇于宣布無條件投降，第二次世界大戰(zhàn)結束；中國戰(zhàn)場為二戰(zhàn)勝利起到巨大作用。第六章能帶理論10第六章能帶理論11第六章能帶理論12和平是人類最大的福祉！第六章能帶理論1927年，玻恩-奧本海默提出：絕熱近似（Periodicptentalapproximation）離子實和傳導電子模型內層電子外層電子距核近/作用強構成離子實距核遠/受屏蔽/作用弱傳導電子離子實運動特別慢，傳導電子運動特別快！13第六章能帶理論1927年玻恩-奧本海默提出：絕熱近似（Periodicptentalapproximation）離子速度特別低和電子速度特別高研究離子實研究傳導電子電子高速運動離子實近似靜止例如：人從高處跳到地球上快速響應離子運動14第六章能帶理論第一節(jié)能帶論的基本模型15周期場近似簡化為離子周期勢場中運動的多電子問題孤立原子中電子的勢能一維晶格中電子的勢能第六章能帶理論第一節(jié)能帶論的基本模型16平均場近似(Hatree-FockApproximation)簡化為周期場中運動的單電子問題體系的薛定諤方程第六章能帶理論第一節(jié)能帶論的基本模型17周期場足夠弱的情況周期場足夠強的情況電子完全被原子束縛，分立的孤立原子能級電子近似為自由電子，能級是準連續(xù)的晶格周期場中的單電子能級既不同于金屬的準連續(xù)能級，也不同于孤立原子的分立能級，表現(xiàn)為能帶結構第六章能帶理論第一節(jié)能帶論的基本模型18能帶理論可行性和局限性可行性：在于有效性，理論計結果得到實驗證實局限性：不是終極理論1計及電子間的相互作用，體系看作電子液體；考慮電子的集體運動行為---等離激元2考慮電子與離子間較強的相互作用引起晶格畸變產生晶格極化場，電子攜帶極化場一起運動---極化子第六章能帶理論第一節(jié)能帶論的基本模型19求解能帶的近似方法只有克龍尼克-潘納周期方勢阱能夠準確求解。1928年：瑞士物理學家布洛赫(Bloch)提出關于周期場中電子運動的布洛赫定理。布洛赫定理表明：固體中電子的能量分布呈現(xiàn)能帶結構。第六章能帶理論第一節(jié)能帶