04_07_能态密度和费米面.ppt

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04_07_能态密度和费米面

—— 第一布里渊区尚未填满 —— 碱土金属为金属导体 二价碱土金属 —— 最外层2个s态电子 —— 费米面由两部分构成 —— 第二布里渊区已填充电子 金刚石结构的IVB族元素 —— C、Si和Ge电子的填充 IVB原子外层 —— 4个电子 ____ 形成晶体后 成键态对应4个能带在下面 反键态对应4个能带在上面 —— 每个能带 可容纳2N个电子 —— 成键态的4个能带 刚好容纳 8N 电子 每个原胞有两个原子 —— 共8个电子 —— Si和Ge为半导体 —— 成键态的4个能带刚好可以容纳8N电子 —— 晶体中8N个电子全部填充成键态的4个能带形成满带 —— 反键态则是空带 金刚石为绝缘体 能态密度的实验结果 —— X射线将原子内层电子激发 产生空的内层能级 导带中的电子跃迁填充内层能级时发射X射线光子 —— X射线将Na原子的内层电子激发后 产生诸如1s, 2s和2p等空的内层能级 K —— 电子到1s能级的跃迁 LI —— 电子到2s能级的跃迁 LII —— 电子到2p能级的跃迁 LIII —— 电子到3s能级的跃迁 —— 导带中电子能量从带底能量到最高能量E0 各种能量的电子均可发生跃迁产生不同能量的X光子 —— 发射出X光子能量形成一个连续能量谱 X光子发射强度决定于 (能态密度)×(发射几率) —— 根据固体的X光子发射谱 可以获知能态密度的信息 低能量区域 —— X光子发射能量逐渐上升的 电子的能量 —— 从带底逐渐增大__能态密度逐渐增大 高能量一端 —— X光子发射谱陡然下降 导带未填满 —— 最高能量的电子对应的能态密度最大 低能量区域 —— X光子发射能量逐渐上升的 电子的能量 —— 从带底逐渐增大__能态密度逐渐增大 高能量一端 —— X光子发射谱逐渐下降 满带填充 —— 带顶布里渊区附近__能态密度逐渐为零 金属Na、Mg、Al和金刚石、硅的实验结果 04_07_能态密度和费米面 —— 能带理论 04_07 能态密度和费密面 1 能态密度函数 固体中电子的能量 —— 一系列准连续的能带 E ~ E+?E之间 —— 能态数目?Z 能态密度函数 等能面 —— —— 状态在k空间是均匀分布的 —— 动量标度下 —— E~E+?E之间能态数目 应用关系 状态密度 能态密度 —— 考虑电子的自旋 1) 自由电子的能态密度 电子的能量 k空间 —— 等能面是半径 的球面 在球面上 能态密度 2) 近自由电子的能态密度 周期性势场对能量的影响 —— 布里渊区附近 等能面的变化 —— 二维正方格子 第一布里渊区的等能面 第一布里渊区的等能面 A点附近 —— 受周期性势场微扰能量下降 等能面向边界凸现 A点到C点之间 —— 等能面不再是完整闭合 若干个残缺等能面构成 能态密度的变化 k接近A点 —— 等能面向边界凸现 两个等能面间的体积增大__能态密度增大 A到C点 —— 等能面发生残缺__C点附近能态密度为零 第二布里渊区能态密度 —— 能量越过A点 从B点开始能态密度由零迅速增大 —— 能带不重叠 —— 能带重叠 3) 紧束缚模型的电子能态密度 简立方格子 —— 等能面为球面 k=0附近 —— 随着E的增大 等能面与近自由电子的情况类似 奇点 —— 布里渊区边界相交 带底 和 出现微商不连续的奇点 —— 等能面与布里渊区相交 的等能面 的等能面 2 费米面 固体的基态 —— N个自由电子 按照泡利原理填充N个量子态 电子的能级 —— 电子填充k空间半径为kF的球 球内的状态数 球内的状态数 球的半径 —— 电子密度 ? 费米波矢 费米动量 费米速度 费米温度 费米能量 费米球半径 费米动量 费米速度 费米温度 自由电子球半径 电子密度 费米半径 费米速度 费米半径 费米能量 3 一些金属的费密面 —— 能带的交叠 费米面分布在几个布里渊区 由若干个等能面组成 —— Li、Na、K的费密面 —— 一价元素Cu、Ag、Au的费密面 —— 能带的交叠 __ 费米面分布在2个布里渊区 —— 二价

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