Отрицательная эффективная масса

Cтраница 1

Отрицательная эффективная масса означает, что ускорение электрона направлено против действия внешней силы. При k, близких к границе зоны Бриллюэна, несмотря на увеличение k, скорость электрона уменьшается. Данный результат является следствием брэгговского отражения. [1]

Если исходить из формулы ( 6 22), то видно, что эта ситуация соответствовала бы отрицательной эффективной массе. Однако, как хорошо известно ( см., например, книгу Харрисона [63], стр. При этом все величины остаются теми же самыми, а все знаки меняются. Однако изучение области вблизи потолка валентной зоны связано с другими трудностями, что видно из рис. 6.6, В этой области существуют три зоны. Одна из этих зон LiFisXs имеет самую большую кривизну и называется зоной легких дырок, поскольку эффективная масса, соответствующая данной кривизне, мала. Кроме того, существуют также две зоны тяжелых дырок LgF Xg. X) кривизна обеих зон одинакова. Однако для этих двух разных направлений эффективные массы оказываются разными. Значения эффективных масс различаются и для других направлений. Естественно, что это довольно существенно усложняет детальный расчет, однако основные закономерности можно объяснить достаточно простым способом. [2]

Итак, электроны вблизи максимума энергии в зоне ведут себя так, как если бы это были свободные частицы с отрицательной эффективной массой. Ниже мы обсудим вытекающие отсюда важные следствия. [3]

Так как знак заряда дырки противоположен знаку заряда электрона, то для возникновения тока дырок, эквивалентного току, создаваемому коллективным движением электронов, знак эффективной массы дырок должен быть противоположен знаку эффективной массы электронов, располагающихся у вершины валентной зоны. Как известно, такие электроны обладают отрицательной эффективной массой. Поэтому эффективная масса дырок должна быть положительной. [4]

Циклотронный резонанс является одним из немногих прямых методов определения эффективной массы носителей зарядов в твердых телах. Физическая причина изменения массы и даже возможности появления отрицательной эффективной массы [582] состоит во взаимодействии подвижных зарядов, описываемых соответствующими волнами де - Бройля и имеющих периодическую атомную структуру кристаллов. Когда длина волны становится приблизительно равной расстоянию между последовательными атомами, происходит сильное изменение отражения носителей. Очевидно, что величина эффективной массы тесно связана с атомной структурой и энергетическими уровнями системы. [5]

Такая фиктивная частица называется дыркой. Приписывая ей положительный заряд, численно равной заряду электрона q, мы должны приписать ей и положительную эффективную массу тр, численно равную отрицательной эффективной массе электрона т п, ранее занимавшего-данное вакантное состояние у потолка валентной зоны, так как только в этом случае ток, созданный дырками, будет совпадать как по величине, так и по направлению с током, созданным электронами почти целиком занятой зоны. [6]

Такое вещество называется полупроводником дырочного типа, или р-типа, так как носители тока имеют в этом случае положительный заряд. Обычно проще всего рассматривать это явление как возникновение в заполненной зоне положительных дырок, а проводимость-как движение этих дырок, поскольку электроны у верхнего края заполненной зоны имеют отрицательную эффективную массу или положительный заряд1), о чем уже упоминалось выше. [7]

Теплопроводность сталей. [8]

Результаты этих исследований свидетельствуют о том, что эффекты изотермической осцилляции и изменения абсолютной термо - ЭДС при ТЦО не могут быть полностью объяснены структурными изменениями и при их интерпретации необходимо учитывать изменения, происходящие в электронной подсистеме сплавов, например, изменения отношения концентраций электронов с положительной и отрицательной эффективной массой при неизменном общем числе носителей. Факт существенного изменения термо - ЭДС сплавов при ТЦО открывает реальную возможность прямого и высокоэффективного превращения тепловой энергии в электрическую. В этом неожиданном для ТЦО направлении следует активизировать исследования. Важно найти оптимальный химический состав сплавов, дающий после ТЦО наибольшую термо - ЭДС. [9]

Видно, что эффективная масса электронов, располагающихся у дна зоны, положительна и близка к массе свободного электрона. В середине зоны, там, где наблюдается перегиб кривой E ( k), эффективная масса становится неопределенной. У потолка зоны электроны обладают отрицательной эффективной массой. [10]

Один из основных результатов зонной теории заключается в том, что электроны, входящие в состав почти заполненной зовы, вносят такой же вклад в электропроводность, какой возник бы при движении дырок, обладающих положительным зарядом. Указанный эффект обусловлен тем, что электроны валентной зоны, ускоряемые электрическим полем, могут переходить в состояния, освободившиеся за счет переброса электронов в зону проводимости. Эти состояния расположены у верхнего края валентной зоны, так что им соответствует отрицательная эффективная масса ( см. стр. Таким образом, импульс ускоряемых электронов противоположен по знаку тому импульсу. Следовательно, электроны будут двигаться как частицы с положительной массой и положительным зарядом. Это несколько странное явление не должно нас слишком удивлять, поскольку электрон в периодическом потенциальном поле не является частицей в истинном смысле этого слова, а представляет собой лишь квазичастицу, эффективная масса которой есть некий результат взаимодействия электрона с кристаллом. [11]

Одновременно с работой [16], основанной на использовании модельного гамильтониана ( 5), была выполнена работа Коэна и Рувалдса [22], посвященная интерпретации спектров КРС в кристаллах типа кристалла алмаза. В связи с этим авторы работы [22] выдвинули гипотезу, согласно которой пик обусловлен возбуждением бифонона. Максимальной частоте фонона отвечает значение k 0, так что рассматриваемые оптические фононы при малых k обладают отрицательной эффективной массой. [12]

Как было показано в лекции 12, вблизи этой границы состояния типа бегущих волн следует заменить на состояния типа стоячих волн. Возрастание вклада отраженной волны эквивалентно увеличению влияния на электрон решетки кристалла. В итоге непосредственно ниже границы зоны Бриллюэна при переходе от одного состояния в другое с возрастанием волнового вектора от k до ( k hk1) импульс, переходящий от решетки к электрону, превышает импульс, приобретаемый электроном за счет внешней силы. Хотя волновой вектор k ( а значит, и квазиимпульс р) за счет внешней силы Гвнсш возрастает на Ak, но при этом система электронов в целом переходит в состояние, в котором роль брэгговского отражения выше. Подобное воздействие решетки и учитывается введением отрицательной эффективной массы, означающей, что внешнее поле фактически вместо ускорения приводит к торможению квазиэлектрона. [13]

Когда валентный электрон становится свободным, в связях валентных электронов образуется дырка. Если приложить к кристаллу электрическое поле, то электрон, находящийся вблизи дырки, может под влиянием поля заполнить дырку. В результате на месте, которое покинул этот электрон, в свою очередь образуется дырка. Таким образом дырка движется в направлении, противоположном направлению движения электрона. Эта схема является классической моделью движения дырки, однако она не может принципиально правильно объяснить сущность явления дырочной проводимости. Причина этого лежит в том, что на основании классической модели нельзя объяснить отрицательную эффективную массу электрона. Мы уже отмечали, что это явление может быть объяснено только с учетом дуализма природы частиц. [14]

Ранее указывалось, что перемещение электрона в периодическом поле решетки напоминает движение свободного электрона. Одно из существенных отличий состоит в следующем. При движении свободного электрона его ускорение равно силе, деленной на массу. Взаимодействие электрона с решеткой приводит к тому, что отношения между силой и ускорением электрона меняются. Эффект можно описать, считая, что масса электрона равна некоторой эффективной массе. К сожалению, даже для данного вещества нельзя точно ввести определенную эффективную массу электрона: эта формально вводимая величина зависит не только от структуры решетки, но и от кинетической энергии электрона. Этим, когда возможно, пренебрегают, ВБОДЯ в рассмотрение среднее значение эффективной массы. Для германия эта величина составляет примерно / 4 от истинной массы электрона. Дырке также сопоставляется эффективная масса, которая, как и для электрона, может меняться в широких пределах. Дырку можно также рассматривать как электрон с отрицательной эффективной массой. [15]

Страницы: 1 2