固态电子理论.ppt

Chp1 量子力学基础 一 波粒二象性Heisenberg不确定原理二 经典统计与量子统计 T 0K 基态groundstate 时 最高的被电子充满能级能量为EF 以下能级全满 以上能级全空 2费米能级 FermienergyLevel 金属 费米分布 Fermidistribution T 0K时 某些电子受到激发 移到费米能级以上的能级 达到平衡的分布分布函数 某能级E被电子占据的几率只是温度的函数 3 费米能 量 EF EF0 1 kBT EF0 2 12 T 0 EF EF0 故EF0为T 0K时系统的费米能量T 0 EF EF0 T升高 EF降低一般温度 包括室温左右 EF EF0 kBT EF0仅10 2量级 费米面即能量值为费米能的等能面 自由电子为球面 Chp2固态电子理论 一 金属自由电子理论二 固体能带理论 对金属和半导体 绝缘体的电子结构进行统一描述1 一维晶体点阵周期性势场的特点能带理论中最重要的结论 2 三维晶体点阵 能级分裂 n个同种原子接近时 相同的原子能级分裂 split 成n个能量不同的能级 分子轨道 能带 electronenergyband 许多原子聚集 由许多分子轨道组成的近乎连续的能级带 带宽 能带中最高能级与最低能级的能量差与原子数目无关 仅取决于原子间距 间距小 带宽大 三维晶体点阵的特殊性质重要区别 3量子电导理论 材料的电子结构与导电性能带electronenergyband 重迭分离 外层电子能级N个原子N个能级 3 能带电子填充情况与导电性能带术语价带 Valenceband 价电子能级展宽成的能带可满可不满满带 Filledband 添满电子的价带空带 Emptyband 价电子能级以上的空能级展宽成的能带导带 Conductionband 0K时最低的可接受被激发电子的空带禁带 BandGaps 两分离能带间的能量间隔 又称为能隙 Eg 导体 价带未填满 或满带与空带重叠 绝缘体 满的价带与空的导带间的禁带宽 Eg 5eV 半导体 满的价带与空的导带间的禁带较小 Eg 2eV FIGURE12 4Thevariouspossibleelectronbandstructuresinsolidsat0K 补充1 晶格热容的量子理论Quantumtheoryoflatticethermalcapacity 一 晶格热容理论 CV 固体的热容接近3NkB 杜隆 珀替定律二 晶格热容CV计算模型 爱因斯坦 Einstein 模型 德拜 P Debye 模型 补充2 相互作用的电子体系 传统的能带理论在处理固体中的电子系统时 首先是忽略了电子之间相互作用 将电子系统视为相互独立的理想气体 考虑单电子与晶体的周期结构之间的相互作用 从而得到了固体的能带结构 然后再引入电子间的相互作用加以修正 补充3 强关联电子体系 凝聚态理论已经搞清楚了许多材料的物性问题 但是还存在一些疑难问题悬而未决强关联电子体系是指电子间的交互作用不可忽略的系统 在强关联电子体系 由于电子之间的强相互作用 导致了许多新奇的物理现象 如高温超导体 二维电子气中的分数量子霍尔效应 锰氧化物材料中的巨磁阻效应 重费米子系统 二维高迁移率材料中的金属 绝缘体相变 量子相变和量子临界现象 一维导体中的电荷密度波等等 NiO MnO CoO等氧化物并不是能带理论所预言的金属 而是能隙很大的绝缘体 因温度或压力改变所引起的绝缘体到金属的相变 认定它们也是电子关联导