《固态电子理论》PPT课件.ppt

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1、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－π（kBT/EF0）2/12]T=0，EF=EF0。故EF0为T=0K时系统的费米能量T＞

2、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

3、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

4、隔，又称为能隙（ΔEg）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，ΔEg＞5eV。半导体：满的价带与空的导带间的禁带较小，ΔEg＜2eV。a.b.c.半导体三种：a．ΔEg很小：热激活本征b．ΔEg较小：高价杂质N型c．ΔEg较小：低价杂质P型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

5、容接近3NkB，杜隆—珀替定律二、晶格热容CV计算模型；Ⅰ.爱因斯坦(Einstein)模型；Ⅱ.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

6、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致的相变，后来被称为Mott转变。铜基以及铁基高温超导体重费米子金属