Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...

Статьи Чертежи Таблицы О сайте Реклама
приходящийся на один электрон вклад энергии свободного-электронного газа Ферми составит 3/5е . Поскольку эта величина положительна, вклад кинетической энергии свободных электронов,, подчиняющихся принципу Паули, увеличивает энергию связи, понижая устойчивость кристалла. Иначе говоря, учет кинетической энергии электронов эквивалентен учету своеобразного потенциала отталкивания.

ПОИСК



Расчет характеристик металлов с учетом СЭГФ (энергия связи, электронная теплоемкость, электропроводность)

из "Введение в физику твердого тела "

приходящийся на один электрон вклад энергии свободного-электронного газа Ферми составит 3/5е . Поскольку эта величина положительна, вклад кинетической энергии свободных электронов,, подчиняющихся принципу Паули, увеличивает энергию связи, понижая устойчивость кристалла. Иначе говоря, учет кинетической энергии электронов эквивалентен учету своеобразного потенциала отталкивания. [c.51]
Если учесть вклад кинетической энергии свободного электронного газа Ферми, добавив найденную по (3.52) величину к сумме величин энергий электростатической и ионизации, вычисленных ранее для Mg, Be, Na и К, то можно соответственно получить, в Ry/ат (напомним, что 1 Ry = 13,6 эВ) 0,156 0,244 0,065 0,044. Таким образом, в этой модели энергия оказалась положительной, откуда следует, что учет только электростатической (эвальдов-ской) энергии, кинетической энергии свободных электронов и энергии ионизации не позволяет объяснить возникновение твердых, металлов. [c.51]
Здесь уместно напомнить [И, 12] о существовании в квантовой механике принципа неразличимости одинаковых частиц, согласно которому при рассмотрении задачи о движении нескольких электронов в поле одного или нескольких ионов нельзя сказать, какой из электронов находится в окрестности той или иной точки. Учет принципа неразличимости приводит к появлению обменной. энергии, связанной с движением электронов с антипараллельными спинами (подробнее об этом см. в гл. 5). Кроме того, появляется корреляционная энергия, связанная с движением электронов с параллельными спинами. [c.51]
Расчеты по этой формуле для тех же Mg, Be, Na, К вместо прежних величин энергии связи в Ry/ат дают —0,708 —0,932 —0,241 —0,211 при экспериментальных значениях (в тех же единицах) —0,056 —0,122 —0,083 —0,069. [c.52]
В то же время следует отметить, что полученные здесь Гз зависят только от Z, не учитывают специфики атома (т. е. его внутренней электронной структуры) и заметно меньше экспериментальных значений (2—4 а. е.). [c.52]
Таким образом, хотя рассматриваемая модель, учитывающая достаточно большое число составляющих энергии связи, внутренне не противоречива и качественно описывает ряд характеристик связи, ее количественное согласие с экспериментом нельзя признать удовлетворительным. [c.52]
Более точные расчеты показывают, что в (3.58) вместо 2 должно быть я 2. [c.53]
В любом случае теплоемкость электронного газа в модели СЭТФ линейно убывает с уменьшением температуры и при комнатных, скажем, температурах составляет величину порядка 10- от теплоемкости классического электронного газа. Эти результаты качественно согласуются с экспериментом. Однако оказалось, что количественное согласие наблюдается не для всех металлов. Для переходных металлов (Fe, Мп) предсказываемое теорией значение слишком мало, а для металлов типа Bi и Sb — слишком велико. Таким образом, в отличие от простейшей модели свободных электронов учет принципа Паули для газа свободных электронов позволил качественно объяснить электронную теплоемкость металлов, и это было замечательным успехом данной модели. Однако количественное согласие расчета с экспериментом обнаружено лишь для некоторых групп металлов. [c.53]
при переходе к модели СЭГФ происходит видоизменение формулы Друде для электропроводности за счет изменения Укв на Vf и начинает просматриваться связь между электропроводностью и характеристиками (в том числе смещением) сферы Ферми. [c.54]
Таким образом, результаты расчета физических свойств в приближении свободного электронного газа Ферми позволили достичь значительно большего совпадения рассчитанных и измеренных величин электронной теплоемкости металлов и построить улучшенную теорию связи в кристаллах с учетом принципа неразличимости. Однако многие характеристики металлов все еще не нашли надлежащего объяснения. [c.54]
Очевидной причиной этого несогласия расчета с экспериментом мог быть неадекватный учет взаимодействия электронов с ионами, в частности допущение о том, что в присутствии ионов плотность электронного газа остается не зависящей от расстояния между электронами и ионами. [c.54]


Вернуться к основной статье

© 2025 Mash-xxl.info Реклама на сайте