
【電】 allowed energy band
在固體物理學中,“容許能帶”(allowed energy band)指晶體材料中電子被量子力學允許占據的特定能量範圍。這個概念由布洛赫定理推導得出,表明周期性晶格勢場中電子的波函數具有Bloch波形式,導緻能量譜呈現帶狀結構。
從量子力學角度分析,電子在周期勢場中的薛定谔方程解顯示:
$$ hat{H}psi = left( -frac{hbar}{2m} abla + V(mathbf{r}) right)psi = Epsi $$
其中周期勢場$V(mathbf{r}+a) = V(mathbf{r})$導緻電子能量$E$形成連續的能量區間(能帶),而非分立能級。這些容許能帶之間被禁帶(forbidden band)隔開,決定了材料的導電特性。
英國物理學家Nevill Mott在《金屬與絕緣體理論》中指出,容許能帶的寬度與晶格原子間距成反比。當原子間距減小時,相鄰原子的電子軌道重疊加劇,導緻能帶展寬。這種現象在半導體和金屬中具有關鍵差異:金屬的價帶與導帶重疊,而半導體的禁帶寬度通常在0.5-3eV之間。
現代電子器件設計均基于能帶理論,例如晶體管工作原理涉及電子在價帶與導帶間的躍遷。美國物理學會《現代物理評論》近期研究證實,通過應變工程可微調二維材料的容許能帶結構,這對開發新型納米電子器件具有指導意義。
“容許能帶”是一個固體物理學中的專業術語,由“容許”和“能帶”兩部分組成。以下是詳細解釋:
容許能帶(allowed energy band)指電子在晶體中允許占據的能量範圍,通常由原子軌道相互作用形成。不同材料的能帶結構決定了其導電性:
若需更深入的物理模型或公式,可參考固體物理學教材或專業數據庫。
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