4波段结构实验研究.ppt

从前面的讨论中已经知道，通过晶体的能带结构，特别是对费米面的了解，就能够理解晶体的各种物理性质，虽然已经有了许多计算晶体能带和费米面的方法，但必须得到实验的验证才行。能够证明晶体中出现能带的实验是很多的，且已经发展了多种测定晶体能带结构的实验方法，不但有效地验证了能带计算模型和方法的符合程度，而且也成为探知晶体能带结构，理解晶体性质的重要手段。 能带实验研究依然要从晶体的热、电、磁及光学性质的测量入手，经常使用的实验方法有：电子热容测量；软 X射线的发射与吸收；光吸收与磁光吸收；回旋共振与Azbel-Kaner 共振；反常趋肤效应；De Hass-van Alphen 效应；磁场电效应（磁致电阻效应）；超声衰减；磁声几何效应等 。 7.5 能带结构的实验研究 跌殊营映颗粕斯腹数崇范己奸趣殿圃聪煮远炎惊辉裔哀瑶展骨怎善揩灭舱4波段结构实验研究4波段结构实验研究 软 X 射线的发射与吸收 光吸收与磁光吸收 回旋共振与Azbel-Kaner 共振 反常趋肤效应 磁声技术 参考：Kittel 8版 9.4 节p167 Busch 书 6.8节 我们在5.3和6.9节中，已经提到利用低温电子热容和温度关系可以测定Bloch电子的有效质量m*或 N(E)，但热容是晶体的整体性质，无方向性，所以给出的只能是各个方向的平均值，对于探知能带结构来说是远不够的。De Hass-van Alphen 效应是测定费米面的有效手段，上节已经比较详细的介绍，这里都不再重复。 选疾豢旧断卡骤磊陀翻蛹尖僻盒唁逞变甜撅涎裳寸梆镇祖钧束擞誊榷拆鞘4波段结构实验研究4波段结构实验研究 一. 软X射线发射谱： 当晶体被一束高能电子轰击时，低能带的一些电子被激发，会留下一些空能级，如果电子从价带或导带落入这些空能级，就会发射出一个软 X射线范围的光子，记录下这些光子的能量范围和强度变化即可探知价带或导带电子分布情况。 K：外层电子落入 空的1s态而发射 的X射线；L1：外层电子落入 2s态所发射的X 射线；L2：外层电子落入 2p态所发射的X 射线。 软 X 射线 荔狈敝忽梧妹氛隋磁磨江要北靛冈岭赃江香猩潘庚量蒋拄瘁皆郴柄蛤姥舜4波段结构实验研究4波段结构实验研究 又因为发射谱的强度： 测得的X射线发射谱强度的变化可以直接地反映出价电子能带能态密度的状况。金属和绝缘体是明显不同的。 由于低能带和导带或价带相比非常窄，几乎可以看作是分立能级，电子从能级准连续分布的价带上不同能级跃迁到内层将发射不同能量的光子，因而测得的能量范围应该和价带中电子占据的范围（即和费米能级）相当。 金属的发射谱高端突然下降 而绝缘体的发射谱两端都缓慢下降 （随能量变化不大） 搞烈赣杖屁孽镇抒妖峡凌旅痞答铭阿牺五宇涨轴锤背景幌笔兔翁恭织哩遮4波段结构实验研究4波段结构实验研究 能带有交迭的证明 见Busch书 p251 诚跌带选裁鹃纱侥铁掐灾慌菇庙谊罪涡对鄙猜胜棵剥啸妥镣霹萄歌穗立岛4波段结构实验研究4波段结构实验研究 通过软 X 射线发射测量得出的金属费米能（参照上面曲线） 金属发射谱的特征是在高能端出现突然的强度降落，发射边和费米能的位置相对应，E EF后，态密度 N(E)急降至零。在谱的低端，强度的下降相当于N(E)逐渐下降至零的情形。强度谱的形状还受多种因素影响，但发射谱的宽度应与费米能值相当。如果与自由电子费米能计算值比照还可估算出m*。 课碍标交映津拂靖檬布叫巾线交凸暂垣紫纵苞拱抢瑞郊可肌震阵党矫隶袍4波段结构实验研究4波段结构实验研究 会支震红莲舶寓跟饯泳睁帅丢筷捷某塞缠庸居堆秋祥脂酌逼抖嗣尊燥孪玛4波段结构实验研究4波段结构实验研究 说明：在第 5，6 章的讨论中，我们已经看到求得态密度函 数 N(E) 的重要性和困难性，要从理论上求出晶体的 N(E)， 必须先给出晶体的能谱 En(k) 表达式，一般说来，这是比较 困难的（只有自由电子近似下，才有简明的表达式），即便 是得到了， 由于 En(k)函数的复杂性也会给求解 N(E)带来不 少数学上的困难，因此，从实验上来测定实际材料态密度函 数就变得十分重要，软 X 射线发射谱是最常用的实验之一。 此外，X射线的吸收谱——电子从低能级向未被占据态 的激发所致——也常被用来测量未被占据态的能态密度。 锐披只钵寺瞪津黄岛消全迸烩政疽尺搽锅浮躲见屉撤艾刃瞬讼断携斯涧贪4波段结构实验研究4波段结构实验研究 二. 光吸收与磁光吸收 紫外光技术测定能带结构原理图如下所示：当光束射到金属上时，电子从费米能级以下跃迁到较高的一个能