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布里渊区

指数 布里渊区

-- 在数学和固体物理学中,第一--区(Brillouin zone)是动量空间中晶体倒易点阵的原胞。第一布里渊区在几何上与布拉菲点阵中的维格纳-赛兹原胞类似。布里渊区的重要性在于:周期性介质中的所有布洛赫波能在此空间中完全确定。 在点阵空间中,作某一个阵点与其所有相邻阵点的垂直平分面,这些平面包围的空间就是包含前述阵点的第一布里渊区;亦可等价地定义为:在k空间(即波矢空间或倒易空间)中,从原点出发,不穿越任何布拉格衍射面所能到达的点的集合,就是第一布里渊区。 在上述定义中,若作的是某阵点和它所有次近邻阵点的垂直平分面,则得到的是第二布里渊区;若作的是某阵点和它次次近邻阵点的垂直平分面,则得到的是第三布里渊区,依此类推。但高阶布里渊区用得很少,因此“布里渊区”常常仅指“第一布里渊区”。 本概念最早由法国物理学家莱昂·布里渊提出。.

14 关系: A (消歧义)布洛赫波位置空间与动量空间倒易点阵状态密度维格纳-赛兹原胞瓦尼尔函数费米面费米能近自由电子近似范霍夫奇点能带结构金属键色散关系

A (消歧义)

A, a 是拉丁字母中的第1个字母。 除此之外,A还可以指代:.

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布洛赫波

在固体物理学中,布洛赫波(Bloch wave)是周期性势场(如晶体)中粒子(一般为电子)的波函数,又名布洛赫态(Bloch state)。 布洛赫波因其提出者美籍瑞士裔物理学家菲利克斯·布洛赫而得名。 布洛赫波由一个平面波和一个周期函数 u(\boldsymbol) (布洛赫波包)相乘得到。其中 u(\boldsymbol) 与势场具有相同周期性。布洛赫波的具体形式为: 式中k 为波向量。上式表达的波函数称为布洛赫函数。当势场具有晶格周期性时,其中的粒子所满足的波动方程的解ψ存在性质: 这一结论称为布洛赫定理(Bloch's theorem),其中 \boldsymbol 为晶格周期向量。可以看出,具有上式性质的波函数可以写成布洛赫函数的形式。 平面波波向量 \boldsymbol (又称“布洛赫波向量”,它与约化普朗克常数的乘积即为粒子的晶体动量)表征不同原胞间电子波函数的位相变化,其大小只在一个倒易点阵向量之内才与波函数满足一一对应关系,所以通常只考虑第一布里渊区内的波向量,即所谓“简约波向量”。对一个给定的波矢和势场分布,电子运动的薛定谔方程具有一系列解,称为电子的能带,常用波函数的下标n 以区别。这些能带的能量在 \boldsymbol 的各个单值区分界处存在有限大小的空隙,称为能隙。在第一布里渊区中所有能量本征态的集合构成了电子的能带结构。在单电子近似的框架内,周期性势场中电子运动的宏观性质都可以根据能带结构及相应的波函数计算出。 上述结果的一个推论为:在确定的完整晶体结构中,布洛赫波向量 \boldsymbol 是一个守恒量(以倒易点阵向量为模),即电子波的群速度为守恒量。换言之,在完整晶体中,电子运动可以不被格点散射地传播(所以该模型又称为近自由电子近似),晶态导体的电阻仅仅来自那些破坏了势场周期性的晶体缺陷以及电子与声子的相互作用。 从薛定谔方程出发可以证明,哈密顿算符与平移算符的作用次序满足交换律,所以周期势场中粒子的本征波函数总是可以写成布洛赫函数的形式。更广义地说,本征函数满足的算符作用对称关系是群论中表示理论的一个特例。 布洛赫波的概念由菲利克斯·布洛赫在1928年研究晶态固体的导电性时首次提出的,但其数学基础在历史上却曾由乔治·威廉·希尔(1877年),(1883年)和亚历山大·李雅普诺夫(1892年)等独立地提出。因此,类似性质的概念在各个领域有着不同的名称:常微分方程理论中称为弗洛凯理论(也有人称“李雅普诺夫-弗洛凯定理”);一维周期性波动方程则有时被称为希尔方程。.

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位置空间与动量空间

位置空间与动量空间是物理学中一对联系紧密的矢量空间。 位置空间(或称实空间、坐标空间)是空间中所有物体的位置向量r的集合。这个空间通常是三维的。位置向量定义了空间中的一个点。如果位置向量随时间会发生变化的话,那么它就可以描绘出一个路径或一个面,如粒子的运动轨迹。 动量空间是空间中所有物体的动量向量的集合。这个空间通常也是三维的。一个物体的动量可以反映它的运动情况。无论在经典力学还是在量子力学中,动量都是非常重要的一个概念。然而,依据量子力学的德布罗意关系,p.

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倒易点阵

倒易点阵(reciprocal lattice),又称倒(易)晶格、倒(易)格子,是物理学中描述空间波函数的傅立叶变换后的周期性的一种方法。相对于正晶格所描述的实空间周期性,倒晶格描述的是动量空间,亦可认为是k空间的周期性。根据位置和动量所满足的庞特里亚金对偶性,布拉菲晶格的倒晶格仍然是一种布拉菲晶格,而倒晶格的倒晶格就会变回原始晶格(正晶格)。.

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状态密度

在统计力学和凝聚体物理学中,状态密度或态密度为某一能量附近每单位能量区间里微观状态的数目,又叫做能态密度。在物理学中,具有同一能量的微观状态被称为简并的。简并态的个数叫做简并数。在离散能级处,简并数就是相应能量的态密度。在连续和准连续能态处,设g(E)为态密度,则处在能量E和E+dE区间的态的个数为g(E)\mathrmE。 态密度的重要性在于,在一个正则系综中系统处在能量E到E+dE之间的概率为\rho(E)\mathrmE \propto g(E)\exp(-\beta E)\mathrmE,其中\beta.

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维格纳-赛兹原胞

维格纳-赛兹原胞(以尤金·維格納和弗雷德里克·赛兹命名)是一种几何构造,可帮助研究固体物理学中的晶体材料。晶体的独特性质是它的原子排列成一个规则的、三维的阵列,称为晶格。所有归因于晶体材料的性质都来源于这个高度有序的结构。这样的结构展示出离散平移对称。为了研究这样的周期系统,我们需要一个数学“把柄”来描述对称性,从而得出关于这个对称的结果的结论。维格纳-赛兹原胞就是实现这个目的的一种方法。.

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瓦尼尔函数

尼尔函数(Wannier function,或沃尼埃函数),是固体物理学中的一个正交函数的完备集,由提出"The structure of electronic excitation levels in insulating crystals," G. H. Wannier, Phys.。瓦尼尔函数在晶系中对应着局域化分子轨道。 晶体中不同晶位的瓦尼尔函数所具有的正交性,使得对特定区域中的电子态进行展开时可以构造出便于计算的基组。瓦尼尔函数的应用极其广泛,例如对电子结合能的分析,在对激子以及的分析中也有其特定的应用。.

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费米面

费米面是固体物理学中一种抽象的边界或界面,可以用来方便地表征或预测金属、半金属和半导体的热能、电能、磁能和光等的性质。 费米面的存在是泡利不相容原理的直接结论,它允许每个量子态最多有一个电子。.

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费米能

費米能量(Fermi energy)是固體物理學中的一个概念。無相互作用的费米子组成的系统中,费米能量(E_\mathrm)常常表示在该系统中加入一个粒子后可能引起的基态能量的最小增量。费米能亦可等价定义为在绝对零度时,处于基态的费米子系统的化学势(chemical potential),或上述系统中处于基态的单个费米子的最高能量。费米能量是凝聚體物理學的核心概念之一。 虽然严格来说,费米能级是指费米子系统在趋于绝对零度时的化学势;但是在半导体物理和电子学领域中,费米能级则经常被当做电子或空穴化学势的代名词。一般来说,「费米能级」这个术语所代表的含义可以从上下语境中判断。 费米能以提出此概念的美籍意大利裔物理学家恩里科·费米(Enrico Fermi)的名字命名。.

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近自由电子近似

近自由电子近似(Nearly-free electron model)是一种研究电子的近似方法。依据能带理论,可以认为固体内部电子不再束缚在单个原子周围,而是在整个固体内部运动,仅仅受到离子实势场的微扰。在远离布里渊区边界时,本征波函数的主部是动量的本征态,散射仅仅提供一阶修正。近自由电子近似应用范围有限,只对碱金属适用。正因为如此,这一类晶体的费米面近似为球形。.

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范霍夫奇点

范霍夫奇点(Van Hove singularity),或范霍夫奇异点,指的是在晶态固体的态密度(Density of State,“DOS”)中的一个奇点(不光滑点)。范霍夫奇点处的波矢通常和布里渊区的临界点有关(不同于相图中的“临界点”)。对于三维晶体,范霍夫奇点以扭结(态密度函数不可微)的形式存在。范霍夫奇点的概念最常见的应用是在光学吸收光谱的分析中。1953年,比利时物理学家就声子的状态密度的情况对这种奇点的出现作出了第一次分析。.

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能带结构

在固体物理學中,固体的能带结构 (又称电子能带结构)描述了禁止或允许电子所带有的能量,这是周期性晶格中的量子动力学电子波衍射引起的。材料的能带结构决定了多种特性,特别是它的电子学和光学性质。.

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金属键

金屬鍵是化學鍵中的一种,主要在金属中存在,一些原子簇化合物中也存在金属键。由離域電子及排列成晶格状的金屬離子之间的静电吸引力组合而成。由于电子的自由运动,金屬鍵没有固定的方向,因而是非极性鍵。 金屬鍵決定了金屬許多物理特性,如強度、可塑性、延展性、傳導熱量、导电性、和光澤。例如一般金属的熔点、沸点随金屬鍵的强度而升高。离子半径越小,金属键越强。 金屬之間的鍵結除了金屬鍵以外,也有其他的鍵結方式,甚至是純物質也不例外。例如元素態的鎵在固態及液態下有共價的原子對鍵結,這些原子對形成晶格,和其他的金屬仍以金屬鍵鍵結。另一個金屬-金屬共價鍵的例子是。.

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色散关系

在物理科学和電機工程學中,色散关系描述波在介质中传播的色散现象的性质。色散关系将波的波长或波數与其頻率建立了联系。由这组关系,波的相速度和群速度有了方便的确定介质中折射率的表达式。克拉莫-克若尼關係式可以描述波的传播、的频率依赖性,這關係比與幾何相關和與材料相關的色散关系更具一般性。 色散的原因可能是几何边界条件(波导、浅水)或是波与传输介质间的相互作用。基本粒子(被认为是物質波)即使在没有集合约束和其他介质存在下也会有非平凡的色散关系。 在存在色散的情况下,波速不再唯一定义,从而产生了相速度和群速度的区别。.

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