
【电】 allowed energy band
在固体物理学中,“容许能带”(allowed energy band)指晶体材料中电子被量子力学允许占据的特定能量范围。这个概念由布洛赫定理推导得出,表明周期性晶格势场中电子的波函数具有Bloch波形式,导致能量谱呈现带状结构。
从量子力学角度分析,电子在周期势场中的薛定谔方程解显示:
$$ hat{H}psi = left( -frac{hbar}{2m} abla + V(mathbf{r}) right)psi = Epsi $$
其中周期势场$V(mathbf{r}+a) = V(mathbf{r})$导致电子能量$E$形成连续的能量区间(能带),而非分立能级。这些容许能带之间被禁带(forbidden band)隔开,决定了材料的导电特性。
英国物理学家Nevill Mott在《金属与绝缘体理论》中指出,容许能带的宽度与晶格原子间距成反比。当原子间距减小时,相邻原子的电子轨道重叠加剧,导致能带展宽。这种现象在半导体和金属中具有关键差异:金属的价带与导带重叠,而半导体的禁带宽度通常在0.5-3eV之间。
现代电子器件设计均基于能带理论,例如晶体管工作原理涉及电子在价带与导带间的跃迁。美国物理学会《现代物理评论》近期研究证实,通过应变工程可微调二维材料的容许能带结构,这对开发新型纳米电子器件具有指导意义。
“容许能带”是一个固体物理学中的专业术语,由“容许”和“能带”两部分组成。以下是详细解释:
容许能带(allowed energy band)指电子在晶体中允许占据的能量范围,通常由原子轨道相互作用形成。不同材料的能带结构决定了其导电性:
若需更深入的物理模型或公式,可参考固体物理学教材或专业数据库。
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