第1章固体中电子能量结构和状态1
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法国物理学家,1929年诺贝
爱因斯坦觉察到德布罗意物质波思想的
尔物理学奖获得者,波动力 重大意义,誉之为“揭开一幅大幕的一
学的创始人,量子力学的奠
基人之一。
角”。
第1章固体中电子能量结构和状态1
德布罗意波
一个能量为E,动量为P的粒子,同时也具有波动性, 其波长由动量P决定,频率ν则由能量E确定:
德布罗 意波波
第1章固体中电子能量结构和状态1
成绩考核:
平时(考勤、作业、课堂提问): 30%, 闭卷考试: 70%
第1章固体中电子能量结构和状态1
绪论
➢教材
1. 田莳编著。来自百度文库料物理性能,北京:北京航空航 天大学出版社,2001年8月。
第1章固体中电子能量结构和状态1
绪论
➢参考书
(1). 《材料物理导论》,熊兆贤编著,科学出版社,2001年2月; (2)《材料物理导论》,杨尚林、张宇、桂太龙主编,哈尔滨工 业大学出版社,1999年3月; (3)《材料科学基础》,谢希文、过梅丽主编,北京航空航天大 学出版社, 1999年1月。 (4) 《材料物理性能》,王振廷、李长青著,哈尔滨工业大学 出版社,2011年7月。 (5) 《材料物理性能》,龙毅编,中南大学出版社,2009年6 月。
第1章固体中电子能量结构和状态1
第1章 固体中电子能量结构和状 态
材料的物理性能强烈依赖于材料原子间的键合、晶 体结构和电子能量结构与状态。
主要内容
电子的粒子性和波动性 金属的费密(Fermi)-索末菲(Sommerfel) 电
子理论 晶体能带理论基本知识概述 晶体能带理论应用举例
第1章固体中电子能量结构和状态1
基本要求
建立固体能量结构的观念,包括的德布罗意波; 薛定谔方程;费米-狄拉克分布函数,禁带起因, 能带结构以及晶格振动,声子的概念等。
第1章固体中电子能量结构和状态1
原子间的键合类型:
主价力 (化学键力)
离子键:如NaCl,低温不导电,
高温离子导电。
无机非金属
共价键:如金刚石、Si,纯晶体
在低温下电导率很小。
在量子力学中,为反映微观粒子的波粒二象性, 用波函数来描述它的运动状态。
波函数——决定微观粒子在空间不同位置出现的几 率。
第1章固体中电子能量结构和状态1
1.1.2 波函数、概率密度
1.物质波
特例:一个自由粒子,不受力场作用,沿 x 轴运动。
有一确定能量 E,动量 P,其物质波为平面简谐波。
波长 h
电子粒子性的证实——霍尔效应
霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受 洛仑兹力作用而引起的偏转。当带电粒子(电子或空 穴)被约束在固体材料中,这种偏转就导致在垂直电 流和磁场方向上产生正负电荷的聚积,从而形成附加 的横向电场,即霍尔电场。
第1章固体中电子能量结构和状态1
1.1.2 波函数、概率密度
3.波函数的统计意义
物质波表示粒子出现的概率。
1926 年Bron提出波函数的
物理意义:
第1章固体中电子能量结构和状态1
玻恩(坐者)
1.1.2 波函数、概率密度
实物粒子的波函数在给定时刻,在空间某点的模
(振幅)的平方 |0|2 与该点邻近体积元 dV 的乘积,
正比于该时刻在该体积元内发现该粒子的概率 P
P
频率 E h
2.物质波的波函数
机械波 物质波
y (x ,t) A i2 e (t x/)
(x ,t) e i2 (t x /) 0 第1章固体中电子能量结构和状态1
1.1.2 波函数、概率密度
(x ,t)0 e i2 (t x /)
i2(E tP)x
(x,t) 0e h
0 为波函数的振幅。
金属键:如Na,电导率高,延性好。
次价力
氢键:H2O
分子键:
(分子间作用力, 即范德华力)
静电力 诱导力 色散力
有机物、高 分子
结合能:离子键>第1章共固体价中电键子能>量结金构和属状态键1 >氢键>分子键
§1.1电子的粒子性和波动性
光的本性:
光同时具有波、粒二象性,
波动性:
p h
波动性:表现在传播过程中 (干涉、衍射) 粒子性:表现在与物质相互作用中
? 电子究竟是什么
电子具有波粒二象性
第1章固体中电子能量结构和状态1
1.1.1.微观粒子波粒二象性
德布罗意 (due de Broglie, 1892-1960)
1923年,德布罗意试图把粒子性和波动 性统一起来。1924年,在博士论文《关于 量子理论的研究》中提出德布罗意波,同时 提出用电子在晶体上作衍射实验的想法。
《材料物理性能》
绪论
1. 电、光、热、磁、弹性和内耗性能的物理本质 2. 物理性能与材料成分、结构、工艺过程的关系及
变化规律的关系。 3. 物理性能相关的特殊材料。 4. 物理性能相关的测试技术与分析方法。
第1章固体中电子能量结构和状态1
绪论
➢内容提要(32学时)
第一章:固体的能量结构和状态(4学时) 第二章:材料的电性能 (6学时) 第三章:材料的磁性能 (6 学时) 第四章:材料的光学性能 (6学时) 第五章:材料的热性能 (6学时) 第六章:材料的弹性与滞弹性 (4学时)
长
实物粒子既具有粒子性,又具有波 动性,是粒子性和波动性的统一。
第1章固体中电子能量结构和状态1
电子波动性的证实——电子衍射实验
戴维逊-革末实验
戴维逊和革末的实验是用电子束垂直投射到镍单晶,电 子束被散射。其强度分布可用德布罗意关系和衍射理论给 以解释,从而验证了物质波的存在。1937年他们与G. P.汤 姆孙一起获得Nobel物理学奖。
(光电效应、康普顿效应、)
第1章固体中电子能量结构和状态1
光子概念的提出
普郎克量子假设说明:光在发射和吸收时具有粒子性。
Einsten提出了光量子(光子)概念。光的能量不象电磁 理论描述的那样分布在波振面上,而是分布在微粒上。
光子的能量:
h
光子具有“整体性”。一个光 子只能“整个地”被吸收或放
出。 第1章固体中电子能量结构和状态1
P | 0|2dV 00 * dV
* 0
是 0
的共轭复数。
4.注意
。 ①.粒子分布多的地第1章方固体概中电子率能量结大构和,状态1德波强度大
1.1.2 波函数、概率密度
②. | 0 | 2 为粒子在某点附近单位体积元中
出现的概率,称为概率密度:t 时刻在(x,y,
z)处出现的概率。
③.归一化条件