压电晶体中表面极化子的性质

《压电晶体中表面极化子的性质》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、压电晶体中表面极化子的性质萨茹拉指导教师:梁希侠教授(内蒙古大学物理系，呼和浩特，010021)摘要本工作主要研究压电晶体中表面极化子的性质，讨论电子与压电表面声学(SA)声子相互作用产生的电子表面态。首先用微扰法导出了压电晶体中表面极化子的有效哈密顿量、有效质量以及电子一表面声学(SA)声子作用的有效势，进而用变分法计算了表面态能量、极化子距表面的平均距离.对几种m一V.11-VI族压电材料进行了数值计算.研究结果指出:表面极化子的自陷能、有效作用势和有效质量均与压电常数、质量密度、表面波声速、声子的德拜波数以及电子至表面的距离等参数有关

2、，且随着电子远离表面，极化子的有效质量逐渐减小.压电晶体中声学声子诱生的有效作用势为近库仑型的.电子与压电声子的相互作用使电子的表面态能级降低，在表面附近形成表面态.对压电晶体，压电声学(SA)声子对电子表面态的影响是主要的，尤其是在电子与声子祸合较强或禁带较宽的压电材料中，这一影响更为重要.关挂词:压电晶体，表面极化子，电子表面态中圈资料分类号:0471.3内蒙古人学硕十学位论文引言1880年，法国科学家J·居里和P·居里兄弟在研究热电现象和晶体对称性时，发现了一种特殊的现象:按某种方位从石英晶体上切割一块薄晶片，在其表面敷上电极，当沿淆

3、晶体的某些方向施加作用力而使晶片产生形变后，会在两个电极表面上出现等量的正、负电荷.电荷的面密度与施加的作用力大小成正比当作用力撤消后，电荷随之消失.这种由于机械力的作用而使晶体表面出现电荷的现象，称为压电效应(或正压电效应).次年，居里兄弟在实验上证实了另一种物理现象:将一块压电晶体置于外电场中，电场发生作用，会使压电晶体发生形变。形变的大小与外电场的大小成正比，这种由于电场的作用使压电晶体产生形变的现象，称为逆压电效应，具有压电效应的晶体称为压电晶体从此，压电材料的研究和应用成为现代科学与技术的一个重要领域.特别是近几十年来，随着物理学

4、、材料科学与技术的发展，对于压电晶体的研究无论是在理论上、还是在应用上都取得了重要的进展.新型压电材料不断出现，各种压电器件广泛应用于许多技术领域.由于压电材料具有机电性能稳定、传输损耗小等优点，由它制备的各种压电谐振器、压电换能器及压电传感器在通讯、电声、水声、超声、航空、医疗及卫生等领域得到了广泛的应用.表面态是固体自由表面或固体间界面附近局域的电子能态，由于固体表面与界面处晶体结构不同与体内，使得表面能级既不同于固体体能带中的能级，也不同于孤立原子能级，表面态通常位于禁带中或禁带边缘附近，电子波函数由表面(界面)向内、向外都是衰减的.

5、早在1932年，塔姆10(Tam,)首先用一维半无限晶格模型从理论上证明了山于表面处晶格突然中断而形成了局域在表面附近的电子态一表面电子态.1939年消克来。(Shockly)考虑具有两个终端的一维有限链晶体的电子态，并根据原子间距大小提出表面态存在条件.Shockly的研究表面:只有较低态是S态时刁’产生表面态—Shockly态它是由表面原子出现悬挂而产生的本征表面态，固体物理学家对固体表面态问题在理论上和实验上都已做了广泛的研究.分子束外延(MBE)、扫描隧道显微镜(STM)、金属有机物化学汽相沉积(MOCVD)等技术为表面研究在实验上

6、提供了良好的条件[7-91，理论物理学家采用各种近似方法，对不同类型的表面态问题进行了详细的研究，获得了表面态能级、态密度、表面态存在条件等[3-"1例如，戈德温利[4)(Goodvain,1939),Pugh(1964)采用线性组合法，完成了紧束缚模型的计算.1974年埃皮尔包姆(Appelbaum)和赫,1}o-i}1(Hamamn)等采用计算体能带的自洽鹰势法.提出胀电品休中表面极化子的性质一种充分考虑表面_L各种相互作用的表面势公式，通过反复调整表面势、表面电荷密度与表面能谱结构，对表面电子结构进行了定量计算，取得了与实验一致性较好

7、的结果.S"G-Davison1121等利用一维近自山电子近似系统地研究了半无限晶格中电子的表面态问题，得到了电子的表面能级和表面波函数.上述工作中，主要考虑电子在晶格周期势场中的运动，以及周期性中断形成的表面态，未考虑晶格振动对表面态的影响，即电子一声子相互作用对表面态的作用.事实上，电子一声子相互作用对电子态有着十分重要的影响.电子与声子祸合形成极化子.不少作者对极化子的性质己做过大量的研究[13-241.在表面和界面附近，电子与声子的祸合与大块体材料体内很不相同[25-271晶体的周期性被破坏，电子受到边界条件的制约，声子极化模也发生

8、了变化.在表面附近，声子表面模的影响起着很重要的作用所以在研究电子表面态问题时，应该特别注意电子与表面(界面)声子的作用.不少作者对表面光学(So)声子和界面光学(10)声子己做