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近自由电子模型与紧束缚模型--两种近似方式

已有 15586 次阅读 2015-3-5 22:55 |个人分类:量子力学|系统分类:科研笔记

公式显示有点问题。。原文见 我的博客: www.timqian.com

近自由电子模型和紧束缚模型是能带理论最基础的内容。二者以不同的近似方式解释了固体能带的成因。

共同之处

  1. 均为绝热近似(简单讲就是:研究电子性质时忽略离子实的运动)

  2. 均为单电子近似(不考虑电子间相互作用,只考虑单个电子在周期势中的性质。解出体系的能级结构,然后把所有电子填进去)

  3. 均用到周期性边界条件(不太确定是否一定需要,”但Brillouin区内波矢k可以取值的数目等于晶体元胞数”这一结论似乎只能有它得到吧?not sure)

  4. 均用到Bloch定理(将电子所处的晶格体系看作周期性势场,体系哈密顿量具有平移不变性,这使得电子的波函数满足一定的形式ψk(r)=eikruk,j(r)。(其中uk,j具有于与晶格一样的周期性,k指上条说到的波失,j指的是电子所处的能带,一对k,j指代了一个波函数

不同之处

近自由电子模型是对离子实的势做近似,假设势十分弱。经计算可发现,在这种情况下,势只对处于Brillouin区边界处的电子(k靠近Brillouin区) 产生影响,导致能级发生分裂。而非边界处的电子能级则与自由电子一样。

紧束缚近似则是对电子的波函数做近似,假设原子最电子的束缚十分强,orbital态仍然保持不变,只是电子可以在相邻原子间跳转。这样,单电子所处的状态 就是一种各种orbital的叠加态。又由于外势的周期性,电子满足Bloch定理,由此可以构造出电子所处的状态了:

ψk(r)=TeikTϕ(rT)

其中k代表Bloch波失,取值范围是倒空间Brillouin区中的离散位置。 ϕ(rT) 代表位于 T 位置的原子orbital。

有了电子的状态,再根据这个状态和Schrodinger方程,经过一些计算就可以得到不同k 态对应的能级了。




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