固体中电子能量结构和状态演示.pptVIP

温度高于0K条件下 可得 只有能量在费密能级左右kT范围内的电子，其占有几率较高，能占据较高能级。能量很高的电子占有几率极低 1.0 当前第31页\共有43页\编于星期日\20点 （优选）第一章固体中电子能量结构和状态ppt讲解 当前第1页\共有43页\编于星期日\20点 金刚石和石墨 当前第2页\共有43页\编于星期日\20点 金刚石的原子结构 碳原子示意图 当前第3页\共有43页\编于星期日\20点 石墨和晶体结构 如此差异，原子核的状态没有区别，只是因为核外的电子能态不同而造成的 材料的物理性能强烈依赖于材料原子间的键合、晶体结构、电子能量结构与状态，这三者之中尤其以电子的能量与状态最为重要。 因果关系体现在什么地方？ 当前第4页\共有43页\编于星期日\20点 本章内容 第一章为描述、分析材料的物理性能提供理论工具，后六章相对独立，分别介绍了各种不同的物理性能。 材料物理性能主要依赖于材料中的电子结构，因此第一章的理论主要针对电子在不同情况下的能量结构和状态，因此第一章的关键词：电子行为描述。主要内容有： 电子的波动性 金属的费密（Fermi）-索末菲（Sommerfel） 电子理论 晶体能带理论 内容先后基本按照人类对电子行为认识的逐渐深入 当前第5页\共有43页\编于星期日\20点 霍尔效应(Hall effect) I + + + + + + + + + + + + + + + _ _ _ _ _ _ _ _ + + + + + + - - - - - EH B h b - B -e v 以金属导体为例： 金属中的电流就是自由电子的定向移动（与电流反向）。 自由电子受洛仑兹力作用导致正、负电荷相对集中,产生Hall电场 金属的上下表面出现电势差——霍尔电势差。 1.1 .1电子的粒子性 当前第6页\共有43页\编于星期日\20点 I + + + + + + + + + + + + + + + _ _ _ _ _ _ _ _ + + + + + + - - - - - EH B h b - B -e v 平衡时， 横向电势差为： ——Hall系数，仅与导体材料有关。 当前第7页\共有43页\编于星期日\20点 ? Hall效应的应用： （1）测量载流子浓度(n) （2）测量磁感应强度 （3）判断半导体载流子的种类 半导体有两种载流子： 对Hall效应来说，正电荷的运动与等量负电荷的反向运动并不等效！ 当前第8页\共有43页\编于星期日\20点 p型半导体 当前第9页\共有43页\编于星期日\20点 n型半导体 当前第10页\共有43页\编于星期日\20点 第一节 1.1 .2电子的波动性 微观粒子的波粒二象性 1、光量子的波粒二象性 光子理论成功的解释了光的发射和吸收，爱因斯坦由此获得了1921年诺贝尔物理学奖 普朗克常量 1905年，爱因斯坦（26岁）为解释光电效应，提出光是由一种微粒－光子组成，频率为 的光子能量 2、微观粒子的波粒二象性 1924年法国物理学家德布罗意（32岁）提出物质波的假说 当前第11页\共有43页\编于星期日\20点 一个能量为 E 、动量为P 的粒子，同时也具有波动性 德布罗意波长 1927年被美国贝尔实验室德戴维森和革末的电子衍射实验所验证，两人因此获1937年的诺贝尔物理学奖。 3、波粒二象性是一切物质具有的普遍属性 频率 E为相对论能量 当前第12页\共有43页\编于星期日\20点 例 计算电子经过U1=100V和U2=10000V的电压加速后的德布罗意波长λ1和λ2分别是 多少？ 解：经过电压U加速后，电子的动能为 根据德布罗意公式，此时电子的波长为： 将已知数据代入计算可得： λ1= 0.123nm， λ2= 0.0123 nm（误差较小，未考虑相对论效应） 当前第13页\共有43页\编于星期日\20点 当前第14页\共有43页\编于星期日\20点 1.1.3 波函数 波函数是微观粒子运动的数学描述形式 经典力学中斜抛运动的数学描述为 物质波的描述方法思想与经典粒子不同，物质波是一种具有统计规律的几率波，设为 粒子在有限空间出现的几率 令 成为归一化波函数 则 归一性 有限性 当前第15页\共有43页\编于星期日\20点 电子云示例 n = 1, l = 0 n = 2, l = 1 n = 3, l = 2 ml = 0 ml = 0 ml = 0 ml =±1 ml =±1 ml =±2 含Z 轴的剖面上的电子云示意图 “电子云