第五章电子输运1ppt课件

1、1 第五章第五章 电子电子的输运性质的输运性质 绝缘体(10-8一10-20 -1 cm-1)、 资料 半导体(105一l0-7 -1 cm-1) 导体(106一108 -1 cm-1) 金属键结合的导体，其电导率随温度的升高而减小。 离子键、共价键组成的混合键结合的材料，其电导率随温度的升高而增大。 一些离子晶体导电率和液体电介质相当，被称作快离子导体。23单一原子中单一原子中1.电子的能量是分立的能级电子的能量是分立的能级;2.电子的运动有隧道效应。电子的运动有隧道效应。 原子的外层电子原子的外层电子(高能级高能级)， 势垒穿透概率较大，势垒穿透概率较大， 电子可以在整个晶体中运动电子可以

2、在整个晶体中运动, 称为共有化电子。称为共有化电子。 原子的内层电子与原子核结合较紧原子的内层电子与原子核结合较紧,一般不一般不是是 共有化电子。共有化电子。 4晶体的能带晶体的能带 晶体具有大量分子、原子或离子有规则排列的点晶体具有大量分子、原子或离子有规则排列的点阵结构。阵结构。a。 晶体中的势场对电子的能态有影响，电子受到周期性势场的作用。晶体中电子的能态不是分立的能级，而是连续的能带5原子之间作用越强，能级分裂越大，能级越高，能级分裂越大6二二 . 能带中电子的排布能带中电子的排布 晶体中的一个电子只能处在某个能带中的晶体中的一个电子只能处在某个能带中的 某一能级上。某一能级上。 排布

3、原则：排布原则： 1. 服从泡里不相容原理费米子）服从泡里不相容原理费米子） 2. 服从能量最小原理服从能量最小原理 设孤立原子的一个能级设孤立原子的一个能级 Enl ，它最多能容，它最多能容纳纳 2 (2 +1)个电子。个电子。l 这一能级分裂成由这一能级分裂成由 N条能级组成的能带后，能条能级组成的能带后，能带最多能容纳带最多能容纳 2N(2l +1)个电子。个电子。7 电子排布时，应从最低的能级排起。电子排布时，应从最低的能级排起。 有关能带被占据情况的几个名词：有关能带被占据情况的几个名词： 1满带排满电子）满带排满电子） 2价带能带中一部分能级排满电子）价带能带中一部分能级排满电子）

4、 亦称导带亦称导带 3空带未排电子）空带未排电子） 亦称导带亦称导带 4禁带不能排电子）禁带不能排电子）2、3能带，最多容纳能带，最多容纳 6N个电子。个电子。例如，例如，1、2能带，最多容纳能带，最多容纳 2N个电子。个电子。2N(2l+1)8 在允许取的在允许取的 E值暂且称为能级之间，值暂且称为能级之间，有一些不允许取的有一些不允许取的 E值暂且称为能隙）。值暂且称为能隙）。图图 5 f(E)函数图函数图f(E)E9 孤立原子的最外层电子能级可能填满了电孤立原子的最外层电子能级可能填满了电子也可能未填满了电子。在形成固体时，其相子也可能未填满了电子。在形成固体时，其相应的能带也填满了电子

5、或未填满电子。应的能带也填满了电子或未填满电子。 若孤立原子中较高的电子能级上没有电子，若孤立原子中较高的电子能级上没有电子，在形成固体时，其相应的能带上也没有电子。在形成固体时，其相应的能带上也没有电子。 孤立原子的内层电子能级一般都是填满的，孤立原子的内层电子能级一般都是填满的，在形成固体时，其相应的能带也填满了电子。在形成固体时，其相应的能带也填满了电子。105.2 导体和绝缘体导体和绝缘体 它们的导电性能不同，它们的导电性能不同， 是因为它们的能带结构不同。是因为它们的能带结构不同。晶体按导电性能的高低可以分为晶体按导电性能的高低可以分为导体导体半导体半导体绝缘体绝缘体11导体导体导体

6、导体导体导体半导体半导体绝缘体绝缘体 Eg Eg Eg12 在外电场的作用下，大量共有化电子很在外电场的作用下，大量共有化电子很 易获得能量，集体定向流动形成电流。易获得能量，集体定向流动形成电流。从能带图上来看，是因为其共有化电子从能带图上来看，是因为其共有化电子很易从低能级跃迁到高能级上去。很易从低能级跃迁到高能级上去。E导体导体13 从能级图上来看，是因为满带与空带之间从能级图上来看，是因为满带与空带之间有一个较宽的禁带（有一个较宽的禁带（Eg 约约36 eV），），共有化电子很难从低能级满带跃迁到共有化电子很难从低能级满带跃迁到高能级空带上去。高能级空带上去。 在外电场的作用下，共有化

7、电子很难接在外电场的作用下，共有化电子很难接 受外电场的能量，所以形不成电流。受外电场的能量，所以形不成电流。 能带结构，满带与空带之间也有禁带，能带结构，满带与空带之间也有禁带， 但是禁带很窄（但是禁带很窄（E g 约约0.12 eV )。绝缘体绝缘体半导体半导体14绝缘体与半导体的击穿绝缘体与半导体的击穿 当外电场非常强时，它们的共有化电子当外电场非常强时，它们的共有化电子还是能越过禁带跃迁到上面的空带中。还是能越过禁带跃迁到上面的空带中。绝缘体绝缘体半导体半导体导体导体1516171819202122 材料的抗磁性：外加磁场的作用下，材料内部电子发生重新取向，保持内磁场不变。抗磁性材料的

8、磁化率为负。0BsILS0BsI抗磁质23 磁原子聚集体中各原子磁矩排列方式的不同分：顺磁性：所受磁力的方向顺着磁场增强的方向。如：Na、Al、Mg0BsILS0BsI顺磁质242526HBcHcHrBSBB的变化落后于H，从而具有剩磁，即磁滞效应每个 对应不同的 与磁化的过程有关。BH起始磁化曲线；rB剩磁饱和磁感应强度SBcH矫顽力磁滞回线-不可逆过程在交变电流的励磁下反复磁化使其温度升高的磁滞损耗与磁滞回线所包围的面积成正比。铁磁体在交变场的作用下，它的形状会随之变化，称为磁致伸缩10-5数量级它可用做换能器，在超声及检测技术中大有作为。272829303132333435反铁磁耦合：相

9、邻铁磁层的磁矩相互反平行。 铁磁耦合随隔离层的厚度呈周期性震荡。36电阻：传导电子受到散射引起。电子有两种自旋方向。37383940 AgI属立方晶系，空间解为Im3m， AgI单胞中含有两个AgI分子，I-离子占据立方晶格的顶角和体心位置，形成体心立方点降，两个Ag离子无序地分布在42个间隙位置上，即6个碘离子八面体的(b)位置、12个碘离子四面体的(d)位置和24个碘离子三方双锥体的(h)位置。1. AgI离子晶体离子晶体414243444546 磁化率超导状态下，B = 0M = -H = 建立明确的微观机制是高温超导研究的最高目标。因为只有认清了高温超导发生的

10、真正原因，才能找到有效提高临界温度Tc以及临界电流密度Jc等参数的有效途径，为制备室温超导体和投入广泛应用奠定理论基础。只要高温超导的应用未达到人类的理想境界，理论研究将一直是最热门的话题之一。52 Nb3Sn是-w型结构、具有实用价值的超导材料。 -w型化合物A3B中，B原子占体心立方位置，单胞每个面上有2个A原子，A原子距最近顶点的B原子的距离为(32)，只有当原子半径比满足0.97rBrA1.065时结构才稳定。 -w型化合物原子的平均电子数为4.7，6.5时，Tc最高。5354555657 6.1 电介质基本概念电介质基本概念58 单位体积中电偶极矩的总和称为极化强度PC/m2。即电介质中的电荷短程位移将抵消部分外电场。 总电荷中的自由电荷部分将构成一个与外电场同相的电场，而被极化抵消的另一部分电荷构