Saturday, January 11, 2014

在外电场作用下,如果电子穿过一个禁带,外电场一般会做功1eV数量级,如果禁带能量宽度大于10eV,电子就无法穿过禁带,跃迁到更高能带,这时对应着绝缘体

基态下,费米面以上无电子,但是有态密度,说明上面的能量区间有容纳电子的能力但是没有填充电子。就相当于有那么一个盒子,但是盒子里面不一定有球。
“我画Ef+0.2eV的能量范围的电荷密度,是有电荷分布的。”当然的,理由同上。那个只是对应能量的波函数积分而已。只要有态密度,一定对应一个波函数积分。只不过这个态不一定被真实的电子填充。
基态下,电子填充不是按带,而是按能量填充的,这个是因为周期性边界条件导致电子能量分布连续化导致的,和孤立体系的能级概念是不一样的。实际上一个带填充两个电子只是单胞下的近似表述,这个在导体出现分数占据的时候是不成立的。也就是说你说的3个带实际上都是不满的。电子就是会按照能量的高低从小到大排满。很可能有的k点填充3个带,有的1个都没填。

如果禁带能量宽度大于10eV,电子就无法穿过禁带,跃迁到更高能带,这时对应着绝缘体

通俗地讲,绝缘体内自由载流子很少,电子都被束缚在特定的原子核周围,即使受到外电场作用,也无法做长距离运动,难以把外场能量传递到更远处,换句话说是来自原子核的束缚阻碍了接受外场能量
追问
能不能用固体物理的知识解释
回答
我试着用能带理论解释吧:
晶体中电子能级是分布在一个一个区域里的,区域与区域之间不存在能级,是禁带。一个区域内包含许多个能级,由于能级分布非常密集,可以认为是准连续的,就是能带。电子只能分布在能带上。

按照能量最低原理,肯定是低层的能带被填满,最上面的能带(价带)可能被填满,可能不被填满。
如果价带上没有被电子填满,留有许多空能级,那么在外场作用下,电子可以很容易在准连续的价带的能级上越迁,吸收外场能量。这时对应着导体。

如果价带几乎被填满,那么电子很难在价带上跃迁。而如果外场比较强,强过禁带的能隙宽度,那么电子可能会跃迁到更高的能带上。一般外加电场不会很强,有个极限,在外电场作用下,如果电子穿过一个禁带,外电场一般会做功1eV数量级。如果禁带能量宽度大于10eV,电子就无法穿过禁带,跃迁到更高能带,这时对应着绝缘体搜索。 如果能隙宽度在1eV左右,电子就可以跃迁到更高能带,这时对应着半导体。有的材料,能带之间禁带很小,甚至能带重叠不存在禁带,这时也是良导体。

只有电子发生跃迁才能吸收外场能量,绝缘体就是因为价电子无法跃迁,才不能吸收外场能量。
追问
不能跃迁与被束缚在原子核周围还是有很大的差距的,就算是跃迁了,还是被束缚在原子核周围
回答
能带和紧束缚是两个不同方面
能带里的能级并不是某个原子核产生的能级,是整个晶体的能级,能带里能级跃迁就是整个晶体而收外界的能量。
其实穿条禁带,就有脱离原子核束缚的意思。不脱离原子核束缚的跃迁只是小打小闹,不能把外场能量传递到整个晶体

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