Cтраница 2
Точные расчеты энергетических зон в конкретных кристаллах представляют собой трудную задачу. Результаты таких расчетов, проведенных для Si [1144, 1145], лишь качественно описывают его свойства, хотя для случая Ge в этих же работах получены достаточно надежные сведения о зонном спектре. [16]
Одновременно из освободившихся в процессе дело-кализации s - состояний катионов образуется пустая зона проводимости. Между зонами располагаются уровни d - электронов, которые по сравнению с уровнями свободных атомов видоизменены кристаллическим полем и другими взаимодействиями, расщеплены и сдвинуты. Без этих уровней энергетический спектр окисла переходного элемента не отличался бы принципиально от зонного спектра типичного диэлектрика ( см. фиг. Наличие же вакансий на этих уровнях делает возможным трансляционное движение электронов без возбуждения их в зону проводимости и способствует возникновению локализованных магнитных моментов. Ради полноты укажем, что в некоторых случаях возможны расщепление и делокализация по крайней мере некоторых из этих электронных уровней, и это приводит к заметному изменению электрических и магнитных свойств. [17]
Рассмотрим электрон в изолированном атоме на определенном дискретном энергетическом уровне. При этом имеет место штарк-эффект в сильном поле ( молекулярный штарк-эффект) - энергетические уровни атомов расщепляются в полосы энергии и образуют зонный спектр. [18]
Рассмотрим физические процессы, протекающие в сверхрешетках. Энергетический спектр электронов в твердом теле определяется структурой кристаллической решетки этого тела. Изменяя амплитуду потенциала, его форму, период, можно в определенных пределах управлять зонным спектром - получать полупроводники с заданными параметрами разрешенных и запрещенных зон и эффективных масс электронов и дырок. Современная технология позволяет пока создавать лишь одномерные решетки. [19]
Конечно, за эти годы существенно изменилась и квантовая теория конденсированного состояния вещества. Многие вопросы, которые волновали нас, когда писалась эта брошюра, перестали быть актуальными - отошли на задний план, а появились новые, в те годы еще не сформулированные. Но основные идеи и принципы квантовой физики твердого тела, популярному изложению которых посвящена эта книжка, не потребовали пересмотра. Использование усовершенствованных электронных вычислительных машин позволило добиться впечатляющих успехов в расчете зонного спектра, законов дисперсии квазичастиц, обнаружить связь между индивидуальными характеристиками атомов, молекул, ионов, с одной стороны, и электронами проводимости, фононами, магнонами - с другой. [20]
В такой модели металл можно наглядно представить как набор одинаковых и параллельных друг другу проводящих нитей, вдоль которых движутся электроны. На каждой из нитей случайно распределены рассеивающие центры ( примеси) с малой концентрацией. Перебросами электронов между нитями пренебре-гается. В этом случае можно сказать, что электроны проводимости обладают бесконечными ( поперечными к нитям) эффективными массами. Неустойчивость когерентных зонных состояний электронов в идеальном кристалле означает, что достаточно малое возмущение более низкой симметрии приводит к значительной перестройке зонного спектра и изменению номенклатуры квантовых чисел. В одномерной системе хорошо известны две такие неустойчивости. [21]
Многие полупроводники по своему внешнему виду почти не отличаются от металлов и обладают блеском, характерным для полированных металлов. Это связано с большой отражательной способностью полупроводников. Оптические константы некоторых полупроводников измерены в широком интервале длин волн. Характерной особенностью всех довольно чистых полупроводников является то обстоятельство, что при определенной длине волны, - как правило в близкой или промежуточной области инфракрасного спектра, коэффициент поглощения начинает резко убывать и материал становится прозрачным со стороны более длинных волн. Этот участок быстрого спада поглощения носит название края собственного поглощения. В литературе иногда его еще называют краем поглощения решеткой, однако такой термин не совсем удачен, так как решеточным поглощением можно было бы назвать поглощение, приводящее к возбуждению колебаний решетки. На самом же деле край собственного поглощения обусловлен спецификой электронных переходов в зонном спектре. Прозрачность полупроводников в области длин волн, лежащих за краем собственного поглощения, чаще всего проявляется лишь в образцах, в достаточной степени очищенных от примесей, когда поглощение света свободными носителями тока становится почти незаметным на фоне собственного поглощения. При наличии в них достаточного количества примесей полупроводники становятся непрозрачными во всей области спектра частот от ультрафиолетовой вплоть до радиочастот. [22]