电子能量结构和状态.pptxVIP

2017电子的粒子性和波动性012018金属的费米-索末菲电子理论022019电子准经典运动032020晶体能带理论基本知识概述及其应用042021非晶态金属、半导体的电子状态052022缺陷概述06第一章：固体中电子能量结构和状态

材料组成：原子+键合+空间点阵键合种类：金属键、离子键、共价键、分子键、氢键三斜晶系（Triclinic）、单斜晶系（monoclinic）、正交晶系（orthorhombic）、四方晶系（tetragonal）、六角晶系（hexagonal）、三角晶系（trigonal）、立方晶系（cubic）材料物性依赖于材料原子间的键合、晶体结构和电子结构与状态。晶体结构：七大晶系14种Bravais格子、32种对称性固体中的电子？晶体结构

处于磁场中的导体流过电流时会发生什么现象？霍尔效应（HallEffect）—1879年G.Hall发现：将一金属导体置于一磁场中，若让电流在垂直于磁场方向流过导体，则在导体横跨导体两面产生一个与电流和磁场均垂直的电场，且电场大小正比于电流密度和磁场大小Hall效应效应首次证实了带电粒子的粒子性1.1.1电子粒子性和霍尔效应1.1电子的粒子性和波动性

01金属中的电子在洛伦兹磁力的作用下发生偏转，并向某一面聚集，从而使该面带负电，对面带正电，形成电场EH，这就是霍尔场02q是金属内自由电子总数，设自由电子密度为n，则q=ne，定义霍尔系数03流过的电流密度为jx，达到平衡时04霍尔效应证明了金属中存在自由电子，且电子是成份的，即粒子性Hall系数

电子并非材料导电的唯一载体理论电子密度Z:原子价，r:密度，M:摩尔质量通常：室温统计数据螺旋波：4K统计数据定量比较

霍尔效应1879年由JohnsHopkins大学的研究生EdwinHall发现,其导师是HenryA.Rowland教授.1975年S.Kawaji等首次测量了反型层的霍尔电导,1978年KlausvonKlitzing和Th.Englert发现霍尔平台,但直到1980年,才注意到霍尔平台的量子化单位e2/h，1985年,KlausvonKlitzing获诺贝尔物理奖.1930年,Landau证明量子力学下电子对磁化率有贡献,同时也指出动能的量子化导致磁化率随磁场的倒数周期变化.1982年,崔琦,H.L.Stomer等发现具有分数量子数的霍尔平台,一年后写下了一个波函数,对分数量子霍尔效应给出了很好的解释.目前,对具有分数电荷和分数统计的研究仍是一个比较活跃的前沿课题.分数霍尔效应

爱因斯坦假设：光是由光子流组成，每个光子的能量为hn。当金属受到光照射时，电子在获得一个光子的能量后，其中部分能量作为该电子逸出金属表面所需的逸出功WS，另一部分转化为电子的动能，则爱因斯坦光电效应方程光电流IP经微电流放大器A1放大后并转换为电压信号。低通滤波器LPF提高了被测信号的信噪比，用AD转换器获得数字量。光电效应所需时间不超过10-9s光电效应证实了光的粒子性，光具备“波粒二相性”光电效应

1.1.2电子波动性电子的波动性实验波动性：偏振，干涉，衍射粒子性：光电效应，吸收，发射光子（m＝0）单位：波长：?动能：eV实物粒子（m≠0）：deBroglie假设任何粒子均具有波粒二相性?：波长，?：频率，?=2??波矢量

电子衍射－戴维森，革末，汤姆森dsinq=0.215×sin500=0.165nm由deBroglie理论可得其他粒子衍射证明历史：Estermann：He、H分子衍射。1969，钾原子衍射1975，中子干涉，高精密中子干涉量度学1999，C60的波动性实验，Nature,401,680(1999)结果一致，说明deBroglie假设正确性因而获得了29年诺贝尔奖

Bragg‘sLaw1913年，英国物理学家布拉格父子（W.H.Bragg和W.L.Bragg）观察到晶体解理面的X射线只在一定角度发生，提出了如下公式nλ=2dsinθn：整数，λ：波长，d；晶体面间距，θ：入射角这就是著名的布拉格定律证实了X光的晶体衍射，并获得了1915年的诺贝尔奖这一技术已经成为晶体结构标定的最基本方法

美国加州IBM研究中心于1993年制成。Cu板上48个Fe原子排成直径约14nm的圆周－量子围栏。人类首次看到量子力学。电子的波动性

量子力学实验

1.1.3平面波函数自由电子平面波函数－、沿x方向传播的平面波：y(x,t)=Acos[2p(ut-x/l)]~Aexp[i(wt-kx)]，w＝2pu，k=2p/l依deBroglie