Электронная зонная структура

Структура электронного диапазона Электронная зонная структура Описывает уровни энергии электронов в твердом теле   Включает запрещенные зоны   Выводится из квантово-механических волновых […]

Структура электронного диапазона

  • Электронная зонная структура

    • Описывает уровни энергии электронов в твердом теле  
    • Включает запрещенные зоны  
    • Выводится из квантово-механических волновых функций  
  • Модели образования полос

    • Модель почти свободных электронов: электроны почти свободно перемещаются  
    • Модель связанных электронов: электроны прочно связаны с атомами  
  • Образование полос

    • Перекрытие атомных орбиталей образует молекулярные орбитали  
    • В макроскопическом куске твердого тела уровни энергии образуют континуум  
    • Внутренние электронные орбитали имеют узкие полосы  
  • Запрещенные зоны

    • Остаточные области энергии, не охваченные полосами  
    • Ширина полос зависит от степени перекрытия атомных орбиталей  
  • Допущения и пределы теории

    • Система бесконечного размера  
    • Однородная система  
    • Неинтерактивность  
  • Ограничения теории

    • Неоднородности и границы раздела  
    • Малые системы  
    • Сильно коррелированные материалы  
  • Кристаллическая симметрия и волновые векторы

    • Использование периодической природы кристаллической решетки  
    • Волновые векторы и зона Бриллюэна  
    • Визуализация зонной структуры  
  • Плотность состояний

    • Функция плотности состояний g(E)  
    • Используется для расчетов эффектов, основанных на зонной теории  
  • Заполнение полос

    • Распределение Ферми–Дирака определяет вероятность заполнения состояний электронами  
  • Уровень Ферми и зонная структура

    • Уровень Ферми связан с напряжением на твердом теле.  
    • Обычно уровень Ферми принимается равным нулю энергии.  
    • Плотность электронов определяется интегралом от распределения Ферми-Дирака.  
  • Электростатическое равновесие

    • В материале может быть только конечное число электронов.  
    • Электростатическое равновесие достигается сдвигом зонной структуры.  
  • Названия зон вблизи уровня Ферми

    • В полупроводниках и изоляторах уровень Ферми окружен запрещенной зоной.  
    • В металлах уровень Ферми находится внутри разрешенных полос.  
  • Теория в кристаллах

    • Анзац использует теорему Блоха для описания электронных волн в кристаллах.  
    • Периодический потенциал разлагается в ряд Фурье.  
  • Приближение почти свободных электронов

    • Игнорируются взаимодействия между электронами.  
    • Волновые функции описываются теоремой Блоха.  
  • Модель с плотной привязкой

    • Электроны ведут себя как совокупность атомов.  
    • Волновая функция аппроксимируется линейной комбинацией атомных орбиталей.  
  • Функции Ванье

    • Локализованы вблизи атомных узлов.  
    • Используются для формирования решения Шредингера.  
  • Модель KKR

    • Находит стационарные значения матрицы обратного перехода.  
    • Разделяет структуру и рассеяние.  
  • Теория функционала плотности

    • Использует обменно-корреляционный член в функционал электронной плотности.  
  • Согласование DFT с экспериментом

    • DFT хорошо воспроизводит форму полос  
    • Существуют систематические ошибки в диапазонах DFT  
    • DFT занижает ширину запрещенной зоны на 30-40%  
  • Ограничения DFT

    • DFT не может определить свойства возбужденного состояния  
    • DFT основан на методе Кона-Шэма, который не имеет физической интерпретации  
    • DFT не является теорией зон  
  • Методы для расчета полос

    • Гибридные функционалы улучшают ширину запрещенной зоны, но менее надежны для металлов  
    • Методы функций Грина включают эффекты многочастичного взаимодействия  
    • Приближение GW обеспечивает ширину запрещенной зоны в соответствии с экспериментом  
  • Теория динамического среднего поля

    • Приближение почти свободных электронов не объясняет изоляторы Мотта  
    • Модель Хаббарда учитывает электрон-электронные взаимодействия  
    • Динамическая теория среднего поля пытается преодолеть разрыв между приближением почти свободных электронов и атомным пределом  
  • Другие модели и диаграммы

    • Приближение пустой решетки и теория возмущений k·p  
    • Модель Кронига-Пенни полезна для иллюстрации формирования полос  
    • Модель Хаббарда обобщена на волновые векторы  
    • Диаграммы диапазонов упрощают зонную структуру  
  • Рекомендации и дальнейшее чтение

    • Список литературы включает книги по физике твердого тела и методам зонной структуры  

Полный текст статьи:

Электронная зонная структура

Оставьте комментарий

Прокрутить вверх