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第五章 固体电子论.pdf

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第五章 固体电子论 凝聚态物理的支柱:固体能带理论 它是认识固体物质的电导性、热导 性、磁性、介电性和光学性的基础。由 于宏观固体内的原子核和电子数多达1023 数量级,而且它们之间还存在着相互作 用或耦合,要想得到它们的准确运动规 律是不可能的,必须用一些近似和简化。 通过绝热近似将原子核的运动和电子的运动分 开; Hartree-Fock建立了将多电子问题简化为单电 子问题的自洽场方程。每个电子是在固定的离 子势场以及其它电子的平均场中运动; 认为所有离子势场和其它电子的平均场是周期 性势场 周期场中单电子运动问题。 通过将固体抽象为具有平移不变性 (周期性的) 的理想晶体,将能带问题归结为单电子在周期 性势场中的运动。 §5.1 布洛赫(Bloch)定理 该定理使得能带和电子态的求解变得 更加简单实用. §5.1.1 绝热近似 固体电子能级的计算要从组成固体的多粒 子系统的薛定谔方程出发,     (1) H(r , R)  E(r , R)   r 其中 表示所有电子坐标的集合, 表示所 R 有原子核坐标的集合。 无外场下的系统哈密顿量H可写为, H H e H N H eN (2) 其中电子部分哈密顿量为电子动能、电子- 电子 He 和电子-原子核相互作用H eN 之和, 2 2 1 e 2 Ze 2 H H  H      0 e eN  i      i 2m 2 i j r  r i ,n r  R i j i n (3) H N 为原子核部分, 2 P 1   H    V (R  R ) N 2M 2 N m n (4) n n mn H H 式(3)中的前两项即 中只出现电子坐标, e N 中只出现原子核坐标。但式(3)中的最后一项既包 含电子坐标又包含原子核坐标,因此无法将电子 与原子核分别求解。 可以将电子与原子核运动分别研究: (1)核的质量远大于电子质量,因此速度比电 子小得多; (2 )电子处于高速运动中
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