使用布拉格反射定律說明晶體中電子能譜中禁帶的產生原因?

時間 2021-06-19 09:10:35

1樓:

從微擾論的觀點來看,產生gap的條件乙個是滿足Bragg反射條件,另外乙個是要求躍遷矩陣元不為0。當發生Bragg反射的時候,Bloch電子的本徵態簡併解除,形成的是駐波態,不同駐波態的電子概率密度在空間的分布是不同的。舉個一維原子鏈的例子,乙個態的電子集中在原子的格位上,另外乙個態的電子傾向於待在原子與原子之間,這兩種分布得到的電子-原子實的勢能顯然是不一樣的,這裡的勢能之差其實就是造成能帶隙的原因。

其實就是微擾導致簡併解除,原本乙個能量分立成兩個能級,這兩個能量中間不存在本徵態。

2樓:光能豐

可以從干涉的角度去理解。假設電子的波長為lambda,晶體中最近鄰的兩個原子的距離為d。假設一束波打過來,則其被原子A及其最近鄰的原子B所反射。

兩束反射光有相位差2*d*k,其中k為波矢的絕對值。當相位差滿足2*π的整數倍時,兩束反射光干涉相長,因此反射率達到最大,反射最大的地方就是禁帶,表現為波無法在這個晶體中傳播,被這個晶體強烈反射。

實際上,除了電子晶體,還有光子晶體和聲子晶體,波的性質是相通的。光子晶體也有光子帶隙,這是的波是光波,不再是電子波。

上面就是從布拉格反射的角度去理解電子帶隙。但這個角度只能大致反映禁帶的產生原理,對其細節的刻畫不夠。如果要細緻地理解電子帶隙,還是需要從固體物理學中的能帶理論去理解,通過求解薛丁格方程,去理解電子能帶的結構。

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