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表面物理化学-3
第四章表面电子性质
4.1 固体的能带结构
能带理论能带理论:
单电子近似理论:共有化电子在具有晶格周期性的等效势场
中运动
2 2
波动方程波动方程: [[ V(r)]V(r)] EE
2m
V(r Rn ) V(r) R 为任意晶格矢量
n
Bloch定理:若势场具有晶格周期性
ikik RR
波动方程的解波动方程的解 ((r+R+R ))=e n ((r))
n
ik r
因此,Bloch 函数可写为((r))=e u((r)),其中 u((r+R ))=u((r))
nn
平面波与周期函数的乘积
1
44.11.11 体相电子态体相电子态
(1)价电子(valence electrons):
(a)(a) BlockBlock波函数来描述波函数来描述.,
(b) 非局域价电子态相互重叠形成能带结构E(k)
(c) 价带价带(valence band)和导带和导带(conduction band).
价带和导带的相对能量位置以及其被占据状况决定了固体的电子性质.
(2)(2)芯电子芯电子(core(core electrons):electrons):
芯电子被束缚在原子核附近,故不能形成能带结构,也不直接参与导电及化学
键的形成.
2
4.1.2 金属, 半导体和绝缘体
金属, 半导体和绝缘体的费米能量(Fermi energy, E ), 真空
金属 半导体和绝缘体的费米能量(F i E ) 真空
F
能级(Vacuum level, E ), 和功函数(Work function, ). E :
VAC g
价带和导带之间的带隙价带和导带之间的带隙.
3
金属: N (E)
价带和导带重叠;
价带和导带之间没有带隙
导带没有被完全占据.
0
00 EE EE
F
Fermi energy (E ): T=0K, 最高占据电子态的能量. 其所对应
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