自由电子论.ppt

晶体结构
晶体结合
晶格振动
晶体缺陷
晶体范型形变合金强度理论原子扩散理论色心晶体生长
晶体热容热导与热膨胀,与幅射波的相互作用。红外光学性质。
晶体结合能和弹性性质
晶体对幅射波的衍射现象
作为研究晶体性质的基础
力、热、光、电、磁、超导、介电等等
实际晶体是有缺陷的处于热振动状态下的周期结构。
自由电子论
能带理论
金属导电理论(输运理论)
金属及其电导理论
半导体理论
其它专题:
电介质理论
磁性物理学
近自由电子模型
金属的电导、热导、热电及热、磁和光学性质,在电场、磁场中的各种现象。
观点:固体(晶体)理论的两大支柱(核心理论):
晶体周期性结构
晶格动力学理论
能带理论
合作解释各个专题各种性质
例如:
离子实的运动
价电子的运动
绝热近似下分别考虑
声子和 Bloch电子在外场中的行为及相互作用
提醒:两种理论的实验研究,不单是理论的验证和应用,更是理论的有力补充。例如色散关系、费米面和态密度的测量。
在前几章我们介绍了晶体结构,晶体结合,晶格振动,其内容仅涉及固体中原子的状态及运动规律,属于固体的原子理论,要全面深入地认识固体,还必须研究固体中电子的状态及运动规律,建立与发展固体的电子理论。
晶体中的电子
(1)自由电子气模型:如果周期势很弱,可以取V(r) = 0;
(2)近自由电子模型:严格地说,晶体势V(r)不能忽略。可是,当其比较弱时就可以当作微扰来处理,该模型的出发点是自由电子模型的波函数和本征能量;
(3)紧束缚电子模型:与近自由电子模型相比,当离子势很强时,电子基本上围绕单个原子运动,能运动到邻近格点的机会很小,因而紧束缚电子模型更有效。
第五篇金属自由电子论
经典自由电子论(Drude-Lorentz)
量子自由电子论(Sommerfeld )
金属的热容和顺磁磁化率
金属的电导率和热导率
金属的热电子发射和接触电势
金属的交流电导率和光学性质
Hall效应和磁阻
自由电子模型的局限性
金属在固体性质的研究和应用中占据着重要位置:
一百余个化学元素中,在正常情况下,约有75种元素晶体处于金属态,人们经常使用的合金更是不计其数。
金属因具有良好的电导率、热导率和延展性等特异性质,最早获得了广泛应用和理论上的关注。
尝试对金属特性的理解(自由电子论和能带论)既是现代固体理论的起步,也是现代固体理论的核心内容,而且对金属性质的理解也是对非金属性质理解的基础。
自由电子论在解释金属性质上获得了相当的成功,虽然之后发展起来的能带论,适用范围更具有普遍性,理论说明更加严格,定量计算的结果更符合实际,但由于自由电子论的简明直观特点,直到今天依然常被人们所利用。
经典自由电子论(Drude-Lorentz)
金属的性质:观察和实验得到的认识
高电导率σ;在一定温度以上σ反比于温度 T。


2. 等温条件下,服从欧姆定律:
3. 高热导率。在足够高的温度下热导率与电导率之比等于一个普适常数乘以温度。
Wiedemann-Franz 定律:
4. 载流子浓度与温度无关;
5. 在可见光谱区有几乎不变的强的光学吸收;反射率大或说有金属光泽。
6. 有良好的延展性,可以进行轧制和锻压。
绝缘体
半导体
金属
室温下
关于金属的理论必须以全面和谐的解释上述性质为准。
或:
10-5 ~10+5
106 ~108
10-18 ~10-6
高纯Cu的热导率和电导
率的温度依赖性:
温度 T ↑
电导率σ↓
热导率
Lorentz常数的变化
(在一定温区内是常数)