Зонная структура - твердое тело
Cтраница 1
Зонная структура твердого тела является результатом взаимодействия волновой функции электрона с решеткой. Зонная структура позволяет найти частоты и направления, для которых волновая функция электрона может или не может проходить через решетку. Отражение электронной волны под углами Брэгга от кристаллографических плоскостей является идеально упругим и не вносит вклада в электрическое сопротивление. Для каждого кристалла и каждой электронной конфигурации условия Брэгга налагают определенные ограничения на направление волнового вектора и значения энергий, которые может принимать электронная волна. Эти ограничения в направлениях и значениях энергий приводят к появлению щелей в почти непрерывном спектре энергий и направлений. Для металлов характерно, что уровень Ферми оказывается внутри зоны, имеющей вакантные энергетические уровни. Полупроводники имеют полностью заполненную разрешенную зону. Ширина запрещенной зоны у них невелика, я поэтому яе. Диэлектрик отличается от полупроводника тем, что его запрещенная зона очень велика, и практически ни один возбужденный электрон не может ее преодолеть. [1]
Зонная структура твердых тел позволяет легко понять, почему у твердых источников излучения не обнаруживаются линейчатые оптические спектры, характерные для входящих в их состав атомов. При нагревании твердого тела до высоких температур появляется лишь непрерывный спектр черного тела. Этот факт становится очевидным с точки зрения полученных результатов: излучение обязано электронам, которые могут иметь лишь непрерывный ряд значений в пределах разрешенной зоны. [2]
Экспериментальные подтверждения зонной структуры твердых тел получают из спектроскопических исследований. [3]
Существуют чисто теоретические способы расчета зонных структур твердых тел. Несмотря на некоторые успехи [80, 243], точность этих подсчетов для большинства полупроводников еще довольно мала. [4]
Обеспечив большое количество результатов по зонной структуре объемных твердых тел, эмиссия с угловым разрешением оказалась очень полезной и для исследования поверхностных состояний. [5]
Исследование спектров отражения в области фундаментального поглощения является важнейшим методом изучения зонной структуры твердых тел. Энергетическое положение пиков отражения непосредственно определяет величины энергии прямых междузонных переходов в актуальных точках зоны Бриллюэна. Теоретические расчеты структуры зон по методу псевдопотенциала с использованием экспериментально найденных величин энергий важнейших переходов [1] позволили построить схемы зонных структур полупроводников групп IV, III-V во всей зоне Бриллюэна. Было показано, что полуэмпирический метод псевдопотенциала может быть применен также для расчета зонной структуры более сложных, некубических кристаллов, хотя при этом встречаются значительные трудности. В этой связи необходимо детальное экспериментальное исследование спектров отражения таких веществ. Кроме этого, сравнительное исследование спектров отражения гомологических групп кристаллов позволяет сделать некоторые выводы об особенностях зонной структуры и характере ее изменения в зависимости от химического состава, типа связи и кристаллической решетки. [6]
Теоретически обосновано [1], что структура отражения в области фундаментального поглощения непосредственно связана с зонной структурой твердых тел и обусловлена прямыми междузонными переходами в критических точках в зоне Бриллюэна. [7]
В других случаях теоретическим оправданием кластер ых моделей может служить качественное соответствие одноэлектроннои структуры уровней кластера зонной структуре твердого тела, так же как и определенное соответствие в зарядовом распределении. В качестве предварительного итога можно сказать, что уже сравнительно небольшие кластеры в 8, 9 и 13 атомов металла часто воспроизводят основные черты зонной структуры кубических решеток. Вместе с тем было бы опрометчиво придавать этим результатам слишком общее значение. [8]
Методы рентгеновского и рентгеноэлектронного анализа широко используются [29, 30, 31] для изучения электронного строения атомов, молекул, а также зонной структуры твердых тел; определения зарядового состояния атомов в молекулах и твердых телах; установления элементного состава химических соединений ( качественного и количественного анализа веществ); исследования химического и фазового состава поверхности и тонких пленок; установления способа координации лигандов в комплексных соединениях; изучения строения и природы ближнего окружения атомов в молекулах жидких и аморфных тел. Метод обеспечивает непосредственное определение межатомных расстояний даже в тех случаях, когда отсутствует кристаллографическая структура, позволяет решать проблемы дифференциации типа химической связи, расшифровки электронной геометрии молекул, оценки состояний окисления, в ряде случаев - исследования быстрых химических процессов. [9]
 |
Многоканальная система для измерения фотоэмиссии с разрешением по углу ( е, е, основанная на полусферической электронной оптике для дифракции медленных. [10] |
С помощью трех уравнений сохранения можно определить три неизвестных, а именно, Е е, Ое и ре, т.е. спектр фотоэмиссии, при условии, что известна зонная структура твердого тела. [11]
До сих пор мы имели дело с чистыми металлами, однако практические нужды нашей техники обычно ( за очень немногими исключениями) требуют сплавов, которые обладали бы необходимыми для определенной цели свойствами. Первейшая цель электронной теории состоит в том, чтобы связать зонную структуру твердых тел с известными эмпирическими правилами, определяющими многие детали фазовых диаграмм равновесия - правилами Юм-Розери. На современном уровне знаний это невозможно, однако в этом разделе мы рассмотрим некоторые идеи, которые были выдвинуты в связи с недавними экспериментальными результатами. [12]
В принципе это всегда можно было сделать; вопрос лишь в том, насколько сложны вычисления и насколько точны результаты. Наш упрощенный подход не является наилучшим по сравнению с другими методами расчета зонной структуры твердых тел. Обобщить методы точных расчетов зонной структуры на случай неидеальных кристаллов очень сложно. Однако изложенный в этой книге упрощенный подход, дающий лишь приближенное описание зонной структуры, может с успехом использоваться для расчета диэлектрических, кинетических и химических характеристик как идеальных кристаллов, так и кристаллов с дефектами. В большинстве случаев этот метод позволяет получать результаты в аналитической форме, так что все вычисления можно выполнить с помощью карманного калькулятора. [13]
Линейная зависимость Се от температуры подтверждается экспериментально. Такие измерения позволяют определять плотность состояний вблизи уровня Ферми EF, причем именно измерения электронной теплоемкости являются одним из прямых методов определения зонной структуры твердых тел. [14]
Зр хлора и заполняют в ней все вакантные энергетические уровни. Зона Зр хлора в NaCl полностью заполнена, а зона 3s натрия - свободна, эти зоны разделены широкой запрещенной зоной ( А. При установлении зонной структуры твердых тел необходимо внимательно рассматривать характер взаимодействия между частицами, образующими кристалл. На первый взгляд может, например, показаться, что кристалл водорода, подобно кристаллам Li, Na, К, должен быть проводящим. В действительности водород в твердом состоянии не проводит электрический ток. Объясняется это тем, что кристалл водорода состоит из молекул ( Н2), сравнительно слабо связанных между собой, следовательно, его энергетические зоны мало отличаются от соответствующих уровней молекулы. Но в этой молекуле, как известно, энергетические уровни разделяются на две группы, энергетически далеко отстоящие друг от друга. В молекуле водорода электроны размещаются на энергетических уровнях нижней группы. Соответственно в кристалле водорода оказывается целиком заполненной нижняя зона и свободной верхняя и потому водород в твердом состоянии является изолятором. [15]
Страницы: 1 2