最新固体中的电子教学讲义PPT课件.ppt

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1、进入夏天，少不了一个热字当头，电扇空调陆续登场，每逢此时，总会想起那一把蒲扇。蒲扇，是记忆中的农村，夏季经常用的一件物品。　　记忆中的故乡，每逢进入夏天，集市上最常见的便是蒲扇、凉席，不论男女老少，个个手持一把，忽闪忽闪个不停，嘴里叨叨着“怎么这么热”，于是三五成群，聚在大树下，或站着，或随即坐在石头上，手持那把扇子，边唠嗑边乘凉。孩子们却在周围跑跑跳跳，热得满头大汗，不时听到“强子，别跑了，快来我给你扇扇”。孩子们才不听这一套，跑个没完，直到累气喘吁吁，这才一跑一踮地围过了，这时母亲总是，好似生气的样子，边扇边训，“你看热的，跑什么？”此时这把蒲扇，是那么

2、凉快，那么的温馨幸福，有母亲的味道！　　蒲扇是中国传统工艺品，在我国已有三千年多年的历史。取材于棕榈树，制作简单，方便携带，且蒲扇的表面光滑，因而，古人常会在上面作画。古有棕扇、葵扇、蒲扇、蕉扇诸名，实即今日的蒲扇，江浙称之为芭蕉扇。六七十年代，人们最常用的就是这种，似圆非圆，轻巧又便宜的蒲扇。　　蒲扇流传至今，我的记忆中，它跨越了半个世纪，也走过了我们的半个人生的轨迹，携带着特有的念想，一年年，一天天，流向长长的时间隧道，袅固体中的电子电子具有波动性，对于波：障碍物尺寸>>波长阴影障碍物尺寸<<波长无影响障碍物尺寸波长衍射把金属中的公共电子近似看作

3、处于三维无限深方势阱中的自由电子气的简化模型称为自由电子气模型。电子德布罗意波长>>离子间距d电子感受到的势场只是正离子周期性库仑势场的平均效果,而在金属边界感受到无限强的束缚。(3)13.1.2自由电子能量分布(Energydistributionoffreeelectrons)物理模型:金属中自由电子近似处于3维无限深方势阱中,解定态薛定谔方程zxyaaao3方向驻波3方向动量电子能量(4)例1:已知金的密度为19.3g/cm3,求:费米能量、费米速度、费米温度和具有费米能量的电子的德布罗意波长解:(8)§13.2固体能带理论(thetheoryofs

4、olidenergyband)对于一般情况下的周期性势场,通过解薛定谔方程,可得出两点重要结论:1.电子能量是量子化的;2.电子运动有隧道效应。E2上的电子虽不能越过势垒,但由隧道效应而进入相邻的原子中去,称为电子共有化。E3上的电子能量高于势垒而成为自由电子。13.2.1电子共有化(communizationofelectron)(9)+++++dE1上的电子穿透势垒的概率很小,叫束缚电子。E1E2E313.2.2固体能带(thesolidenergyband)金属自由电子理论忽略了正离子周期性势场对电子运动的影响。若考虑其作用,则产生能带。1.当原子孤立

5、存在时,孤立原子能级是分立的。2.当两原子靠近时,电子波函数发生重叠(即电子共有化),原来的一个能级变成两个新能级。因泡利不相容原理不允许一个量子态占据两个电子,所以每个能级将一分为二。E为两能级的宽度。ENa3s原子间距r(10)ENa3p3s2p(平衡位置)r0E一、固体能带的形成(theformofsolidenergyband)3s能带的宽度记作E,数量级为E～几个eV。若N~1023,则能带中相邻两能级的间距约为10-23eV。(11)3.N个原子聚集时,每个能级分裂为N个能级,这N个能级形成能带。如钠的3s能级分裂为N个能级,形成的能带称

6、为3s能带(3senergyband)。E原子间距rNa3sr0E二、固体能带形成的一般规律2.原子间距越小,能带越宽,E越大。3.两个能带有可能重叠。1.越是外层电子,能带越宽,E越大(这是由于电子共有化程度高,各原子间相互作用就更强)。(12)E原子间距r3s2pNa3p实验验证：1)核磁共振磁致伸缩技术2)晶体软X射线谱技术三、能带中电子的排布电子排布原则:1.服从泡利不相容原理2.服从能量最小原理设孤立原子的一个能级Enl(n、l给定),考虑自旋,它最多能容纳2(2l+1)个电子。N个这样的原子聚集后,这一能级将分裂成由N条能级组成的能带,能带

7、最多能容纳2N(2l+1)个电子。并且,电子排布时,应从最低的能级排起。2p、3p能带,最多容纳6N个电子。例如:1s、2s能带,最多容纳2N个电子。(13)四、固体的能带结构r0处能带分布满带价带空带禁带r1处能带分布空带价带导带禁带禁带(1)满带(fullband):能带中每个能级全部被电子填满。(14)E原子间距r3s2p3pr0r1Na(1s22s22p63s1)(2)价带(valenceband):由价电子(共有化电子)能级分裂形成的能带,它既可能被电子填满成为满带,也可能未被填满成为未满带。如钠的3s能带是未满的价带。(15)(4)导带(cond

8、uctionband):未满的价带和空带都具有导电性