Электронная структура твердых тел

В целях объяснения особенностей атомного и электронного строения ЛКС, проявляющихся в эксперименте, в работе [32] проведен теоретический анализ ЛКС в системе Си—О—Ре с использованием кластерного подхода, успешно применяемого в последнее время в качестве не только как способа получения численных результатов при анализе электронной структуры, но и важного метода для выяснения роли ближнего и дальнего порядков при формировании электронной структуры твердых тел. Модель ЛКС рассмотрена как совокупность кластеров Ре—О, расположенных в матрице меди, прослежено изменение электронного строения кластеров железа при окружении их атомами кислорода, введении их в матрицу меди в зависимости от количества атомов железа в кластере и изменении в нем межатомных расстояний металл — металл. Построение используемой модели для кластера Рез приведено на рис. 5.17. Расстояние Ре—Ре выбрано мини- [c.162]

ЭЛЕКТРОННАЯ СТРУКТУРА ТВЕРДЫХ ТЕЛ [c.222]

Электронные энергетические зоны являются фундаментальными характеристиками электронной структуры твердого тела, подобно тому как значения атомных термов в свободном атоме в основном определяют его электронную структуру. Расчеты энергетических зон — работа для специалиста, однако понимание их результатов существенно для понимания любых процессов в твердом теле. Поэтому мы ниже рассмотрим и обсудим несколько характерных [c.104]

Некоторые виды переходов, характерных для атомов решетки или электронов в твердом теле, приводят к поглощению в видимой области. При поглощении кванта электромагнитной энергии электрон может перейти на расположенный выше свободный уровень, а атомы переходят на более высокие колебательные или вращательные уровни. При наличии взаимодействия между атомными и электронными уровнями оба типа уровней возбуждаются одновременно. Оптическая спектроскопия является одним из самых эффективных методов исследования электронной структуры твердого тела метод позволяет, используя ту или иную модель электронной структуры твердого тела (или связи на языке химии), проверить результаты квантовомеханического расчета энергии дозволенных уровней. [c.76]

Линейная зависимость С от температуры подтверждается экспериментально. Такие измерения позволяют определять плотность состояний вблизи уровня Ферми Ер, причем именно измерения электронной теплоемкости являются одним из прямых методов определения зонной структуры твердых тел. [c.126]

Структура твердых тел, описание кристаллических решеток и другие аналогичные вопросы достаточно подробно излагаются в курсе молекулярной физики. Там же описаны механические и тепловые свойства твердых тел. В этой книге рассмотрены главным образом электронные свойства твердых тел. Но прежде необходимо проанализировать типы связи атомов и молекул в кристалле, которые обеспечивают устойчивое существование кристаллической решетки. [c.332]

Большой интерес поэтому представляют методы, не требующие снятия слоев. Данные о структуре металла на разной глубине можно получить путем изменения проникающей способности рентгеновских лучей разной длины волны и изменения угла падения лучей на исследуемую поверхность. В [43] был разработан метод исследования структуры твердых тел, получивший название метода скользящего пучка рентгеновских лучей, который позволяет исследовать предельно тонкие слои металла (толщиной 10" — 10" см), занимающие промежуточное положение в случае применения стандартных рентгеновских методик и обычных электронных пучков в методе электронографии. Таким образом, представляется возможность исследовать структурные изменения по глубине металла без какой-либо дополнительной обработки поверхности, неизбежно искажающей результаты исследования, и получить сведения о структуре и свойствах приповерхностных слоев металла, которые до сих пор фактически отсутствуют. [c.18]

Большое внимание уделяется созданию модели электронного строения твердого тела, позволяющей объяснить многие вопросы явления полиморфизма и массопереноса, влияние легирующих элементов на свойства и структуру сплавов, поведение твердых тел под нагрузкой [c.69]

До сих пор мы имели дело с чистыми металлами, однако практические нужды нашей техники обычно (за очень немногими исключениями) требуют сплавов, которые обладали бы необходимыми для определенной цели свойствами. Первейшая цель электронной теории состоит в том, чтобы связать зонную структуру твердых тел с известными эмпирическими правилами, определяющими многие детали фазовых диаграмм равновесия,— правилами Юм-Розери. На современном уровне знаний это.невозможно, однако в этом разделе мы рассмотрим некоторые идеи, которые были выдвинуты в связи с недавними экспериментальными результатами. [c.117]

Учитывая полученные к настоящему времени результаты, нельзя не признать, что метод функционала плотности (вместе с ирименяемыми на практике приближениями) пригоден для описания основных состояний систем с взаимодействием. Следовательно, он представляет собой полезный инструмент для дальнейших исследований в физике твердого т ла. Его совместное использование с методами дифракции низкоэнергетических электронов и рассеяния атомов на поверхности позволяет исследовать самые разнообразные расположения атомов на поверхностях и лежащие в их основе физические причины. Привлекая еще и методы рассеяния и поглощения рентгеновского излучения, можно определять структуры и параметры связи новых сложных материалов. Расчеты структур твердых тел, подвергаемых воздействию различных внешних факторов (таких, как давление), могут помочь расшифровке структурных фазовых переходов. Точные расчеты эффективного взаимодействия атомов в твер- [c.202]

Значение контактной тепловой проводимости для данного образца может быть ниже предельного значения по целому ряду причин. Одной из них может являться отражение виртуально испущенных фононов от границы раздела. Причины такого отражения могут быть обусловлены внутренней структурой твердого тела и связаны с фонон-фононным рассеянием, фонон-электронным рас- [c.351]

Чисто электрический, или собственный, пробой - это непосредственное разрушение структуры диэлектрика силами электрического поля. Подобный вид пробоя развивается практически мгновенно за 10 с и не обусловлен тепловой энергией. Это чисто электронный процесс, когда из немногих начальных электронов в твердом теле создается электронная лавина. В неоднородных электрических полях пробивное напряжение однородного диэлектрика меньше, чем в однородных. [c.271]

Отметим прежде всего, что некоторые степени свободы, или квантовые переменные, до сих пор отсутствовали в нащем рассмотрении, так как они несущественны при исследовании оптических свойств колебаний кристаллической решетки. Например, нас не интересуют электронные и ядерные спины или детали электронной зонной структуры твердых тел. Однако мы пользуемся наличием запрещенной зоны в электронном распределении как важной характеристикой изолятора сначала в 113, 114, а затем в т, 2 ( 2—6), [c.351]

Описанный таким образом метод Кирхгофа можно без всяких изменений применить к вопросам электронной оптики, еслп имеются только электрические поля, в том числе сильные микроскопические поля, обусловленные атомной структурой твердого тела, которые являются в основном электрическими. Однако при наличии магнитных полей уже нельзя строить волновые фронты, [c.686]

Такая модель поверхности обычно используется при рассмотрении поверхностных электронных явлений. Феноменологический подход к проблеме позволил последовательно и достаточно полно описать основные закономерности разнообразных электронных процессов, разыгрывающихся на поверхности твердого тела и на межфазных границах. В рамках теоретических представлений удалось установить важные взаимосвязи между макроскопическими свойствами поверхности и параметрами ПЭС, определяющие такие фундаментальные процессы, как захват и рекомбинацию носителей заряда, их транспорт в поверхностных фазах. Показано, что все эти взаимосвязи существенно изменяются при переходе от монокристаллов к системам с пониженной размерностью, когда размеры самих объектов начинают приближаться к характеристическим длинам электронной подсистемы твердого тела. Это кластеры вещества, нитевидные структуры и тонкие пленки нуль- (О/)), одно- (1/)) и двумерные 2В) структуры микро- и наноэлектроники. [c.12]

Более точными расчетами можно показать, что амплитуда и фаза рассеянного излучения несколько иные для тех внутренних электронов, энергия связи которых близка к энергии квантов рентгеновского излучения. Этот хорошо известный эффект, носящий название аномальная дисперсия , усложняет исследование, но, тем не менее, при определении структуры твердого тела может оказаться очень полезным. [c.97]

После рассмотрения одного-единственного электрона в периодическом потенциале мы обратимся к проблеме совокупности валентных электронов в твердом теле. Мы заполним (как для газа свободных электронов в гл. П) энергетические состояния одноэлектронного приближения всеми валентными электронами согласно статистике Ферми. Необходимые для этого плотности состояний г [Е) йЕ мы получим в 22. В двух последующих параграфах мы подробно, на примерах, разъясним зонную структуру в металлах, изоляторах и полупроводниках. [c.71]

Знание функции зонной структуры оказывается, таким образом, достаточным для вычисления движения электрона в кристалле под действием внешних сил. Для теории всех процессов взаимодействия, которые испытывает электрон в твердом теле, необходимо знание его зонной структуры. [c.95]

Мы выяснили значение зонной структуры для определения распределения электронов в твердом теле по энергиям и их поведения во внешних полях. После этого, в настоящем и следующем параграфах, мы приведем примеры структуры функции Е (к) в металлах и полупроводниках (изоляторах). [c.101]

В рассмотренных до сих пор элементарных возбуждениях мы в большинстве случаев не учитывали спин электронов и ионов решетки. Кроме краткого обсуждения влияния спин-орбитального расщепления на зонную структуру твердого тела в 28, спин учитывался нами только в принципе Паули. Принцип Паули ответствен за обменное взаимодействие ( 3), которое было в общем виде принято нами во внимание в одноэлектронном уравнении Шредингера. Однако спином ионов решетки мы еще не занимались. Если ионы решетки обладают спином, то и в этой спиновой системе из-за обменного взаимодействия возможны коллективные возбуждения, которые называются спиновыми волнами. Относящиеся к ним кванты называются магнонами. [c.157]

При рассмотрении взаимодействия электронов.с фО нонами в простых металлах в принципе возможно учесть и влияние структуры твердого тела. Мы еще вернемся к этому вопросу в гл. V. [c.93]

После такого беглого взгляда на зонные структуры твердых тел мы перейдем теперь к значительно более детальному описанию зонной структуры индивидуальных материалов и разработаем приближенные методы, которые позволят нам глубже понять природу их электронных структур. [c.110]

Спектр электронов в твердом теле, зонная структура. [c.8]

Таким путем мы приходим к описанию энергетических уровней электрона в периодическом потенциале посредством семейства непрерывных функций ink [или f (k)], каждая из которых имеет периодичность обратной решетки. Эти функции определяют зонную структуру твердого тела. [c.147]

Многие характерные черты зонной структуры твердых тел, однако, генетически связаны с локальными свойствами потенциальной энергии электронов. Например, в переходных металлах узкие -зоны связаны с -уровнями сильно связанных состояний индивидуальных ионов ( 10.2), или (что эквивалентно) с острыми резонансами в ячеечных ямах ( 10.3), а вовсе не возникают под влиянием только особенностей геометрического расположения атомов в кристалле на больших или малых расстояниях друг от друга. Подобные неструктурные свойства [И] будут рассмотрены в 10.8, здесь же мы сосредоточим внимание на систе- [c.474]

Химическая связь в твердых телах образуется в результате взаимодействия атомов (ионов). Наиболее существенным результатом этого взаимодействия является расщепление энергетических уровней валентных электронов свободных атомов и образование энергетических зон. С другой стороны, взаимодействие электронов данного атома и соседних атомов не разрушает полностью исходную структуру электронных уровней отдельных атомов. Эти два факта дают основание считать, что электронное строение свободных атомов и, прежде всего, строение их валентных оболочек определяет химическую связь, характер ближнего порядка и, в конечном счете, электронные свойства твердых тел. Периодическая таблица элементов Д. И. Менделеева отражает закономерности электронного строения свободных атомов. [c.16]

Экспериментально С. в. исследуется методами лазерной спектроскопии, радиоспектроскопии, электронного парамагнитного резонанса, ядерного магнитного резонанса, ядерного квадруполъного резонанса, используются также методы гамма-спектроскопии, основанные на Мёссбауэра эффекте. Изучение сверхтонкого расщеплз-ния позволяет определить спины, маги, и квадруполь-ные моменты ядер, в т. ч. и в случаях, когда время жизни этих ядер мало. В свою очередь, благодаря С. в. ядра играют роль естеств. зонда, позволяющего исследовать электронную структуру твердых тел. [c.460]

Исследования в области ВУФ и мягкого рентгена дают очень важную информацию для понимания электронной структуры твердого тела. Существенный прогресс в этой области стал возможен благодаря, с одной староны, премене-нию СИ, с другой—теоретическим расчетам зонной структуры. Теоретический расчет дает дисперсию энергии от волнового вектора и приведенную плотность состояний в зависимости от энергии. На рис. 47 показана упрощенная зонная схема твердого тела с указанием переходов, вызванных взаимодействием излучения с твердым телом. [c.251]

Зонная структура твердого тела является результатом взаимодействия волновой функции электрона с рещеткой. Зонная структура позволяет найти частоты и направления, для которых волновая функция электрона может или не может проходить через решетку. Отражение электронной волны под углами Брэгга от кристаллографических плоскостей является идеально упругим и не вносит вклада в электрическое сопротивление. Для каждого кристалла и каждой электронной конфигурации условия Брэгга налагают определенные ограничения на направление волнового вектора и значения энергий, которые может принимать электронная волна. Эти ограничения в направлениях и значениях энергий приводят к появлению щелей в почти непрерывном спектре энергий и направлений. Именно эти щели (порядка 1 эВ для полупроводников и 5 эВ или больше для хороших диэлектриков) обусловливают сильнейшие различия между металлами, полупроводниками и диэлектриками (рис. 5.2). Для металлов характерно, что уровень Ферми оказывается внутри зоны, имеющей вакантные энергетические уровни. Полупроводники имеют полностью заполненную разрешенную зону. Ширина запрещенной зоны у них невелика, н поэтому ие большое число электронов при тепловом возбуждении может перейти в расположенную выше разрешенную зону. Диэлектрик отличается от полупроводника тем, что его запрещенная зона очень велика, и практически ни один возбужденный электрон не может ее преодолеть. [c.190]

В кииге изложены узловые вопросы фиаики твердого тела межатомные взаимодействия, основы электронной теории твердого тела, симметрия к структура кристаллов, динамика кристаллической решетки, основные представления физики реальных кристаллов и аморфных материалов, фазовые превращения, физические свойства твердых тел. В отличие от других книг по физике твердого тела пособие начинается с вопросов образования твердых тел (межатомных взаимодействий и энергии связи). Это облегЧ1ает восприятие материала. [c.2]

В современной физике радиационных повреждений существует два подхода к решению данной задачи. Первый — моделирование каскадов ПБА на ЭВМ. Второй — кинетический подход к описанию уравнений, заключающийся в составлении и решении кинетических уравнений для пространственно-энергетических функций распределения всех сортов частиц, вовлеченных в каскад. Каждый из этих подходов имеет свои достоинства и недостатки. Так, в первом подходе точно учитывается структура твердого тела, однако его возможности снижаются с повышением энергии сторонних частиц, вызывающих каскад. Кроме того, при этом практически неразрешимы такие проблемы, как проблема учета непарности взаимодействия и взаимодействия ПВА с электронами среды. Второй подход содержит возможности более детального учета коррелированных взаимодействий сторонних частиц и ПВА с атомами среды и электронами и не имеет органичений по энергиям. Однако в нем не учитывается кристаллическая структура твердых тел, что сильно снижает его точность при описании конечной стадии каскада, когда энергия большинства ПВА в каскаде становится меньше энергии порядка нескольких килоэлектронвольт. [c.21]

Свободному электрону в твердом теле соответствует электромагнитная волна, способная распространяться в любом направлении. Однако поведение электрона изменяется, если он находится в области твердого тела, ограниченной потенциальными барьерами, примером которой может являться квантовый шнур с ограниченными размерами сечения. В этом случае в поперечных направлениях могут распространяться только волны с длиной, кратной геометрическим размерам структуры. При этом соответствующие им электроны могут иметь только определенные фиксированные значения энергии, тогда как вдоль шнура могут двигаться электроны с любой энергией. Запирание электрона хотя бы в одном из направлений сопровождается увеличением его импульса. Данное явление называется квантовым ограничением и приводит, с одной стороны к увеличению минимальной энергии электрона, а с другой - к дополнительному квантованию энергетических уровней, вследствие чего свойства наноразмерных структур будут отличаться от свойств материала, из которого они сформированы. [c.150]

Кристаллическая структура твердых тел со строго определенным я периодически повторяющимся расположением атомов- относительно друг друга (полное структурное упорядочение) возможна, да и то лишь теоретически, при температуре абсолютного нуля . При Г>0°К появляются дефекты, которые можно разделить на две основные группы атомные (стуктурные) и электронные. Процесс появления дефектов в системе носит название разулорядочения. [c.103]

Кристаллические структуры твердых тел обусловлены межатомными связями, возникающими в результате взаимодействия электронов с атомными остовами. Вывод металлических структур — ОЦК, ГЦК и ПГ — из электронного строения атомов представляет кардинальную проблему физики металлов [1, 21. В основе квантовой теории металлов лежит теория энергетических зон [3 —11]. Она рассматривает поведение электронов в периодическом поле решетки. Кристаллическая структура определяется дифракционными методами и вводится в зонную модель априори как экспериментальный факт, без объяснения ее происхождения. Разрывы непрерывности энергий электронов приводят к образованию зон Бриллюэна, ограниченных многогранниками, форма которых зависит от симметрии кристалла. Характер заполнения зон и вид поверхности Ферми различны для металлов, полупроводников и изоляторов. Расчеты позволяют получить з нергетическую модель, количественно описывающую энергетическое состояние электронов и физические свойства твердых тел. Однако из зонной модели нельзя вывести кристаллическую структуру, поскольку она вводится в основу построения зон как экспериментальный факт. Расчеты зонных структур и физических свойств металлов получили широкое развитие благодаря теории псевдопотенциала 112—19]. Они позволяют оценить стабильность структур металлов, но не вскрывают физическую природу конкретной геометрии решетки. [c.7]

Это явление нельзя объяснить термической ионизацией. Оно связано с изменением структуры электронных зон твердого тела при сжатии. При сжатии зоны сближаются, расстояния между ними уменьшаются и тем самым облегчаются электронные переходы, приводящие к появлению свободных электронов и металлической проводимости в веществе, ранее бывшем диэлектриком ). Качественные соображения о металлизации любого вещества при достаточно сильном сжатии высказывались в работе Я. Б. Зельдовича и Л. Д. Ландау [48], где рассматривался переход металлов из твердого в газообразное состояние (металлизацию водорода при больших плотностях изучал А. А. Абрикосов [49]). [c.607]

Структура пленок. Ранее уже отмечалось, что под реальной поверхностью обычно понимают слоистую структуру твердого тела (металла (М) или полупроводника (П)), покрытого пленкой собственного окисла — диэлектрика (Д). В зависимости от электрических характеристик последнего рассматриваются структуры МД, МП, ДП, ПП и, наконец, МДП. Электронные и оптические свойства таких слоистых структур определяются не только входящими в них материалами, но и свойствами свободных и межфазных границ. Атомные, ионные и электронные процессы, разыфывающиеся в фанич-ных фазах при внешних воздействиях — деформации, приложении электромагнитных полей, адсорбции и др., во многих случаях предопределяют функционирование перечисленных структур в различных системах микро-, опто- и акустоэлектроники. [c.177]

Естественно, что даже абстрагируясь от электронной подсистемы твердого тела, квантово-химические расчеты для модели одноточечной адсорбции на изолированном регулярном атоме поверхности далеки от действительности. Адсорбция на центре М изменяет параметры связей этого атома с окружающими его поверхностными атомами и распределение электронов в соседних связях. Развитие вычислительной техники позволило перейти к следующему этапу расчетов хемосорбционных взаимодействий — к кластерным моделям. Полу-бесконечный кристалл в этих методах аппроксимируется кластером из небольшого числа регулярных атомов. Оптимальный размер кластера зависит не только от возможностей ЭВМ, но и определяется теми параметрами твердого тела, которые предполагается рассчитать. Так, для расчетов теплот адсорбции и эффективных зарядов можно использовать достаточно малые кластеры из десятка атомов, поскольку зависимости этих величин от размеров кластеров быстро приходят к насыщению. Наоборот, для расчета электронной структуры кластера и ее изменения при адсорбции, а также для привязки энергетического спектра кластера к зонной струтоуре твердого тела необходимо использовать большие кластеры. При этом значительные проблемы возникают с выбором краевых условий на фаницах кластера с кристаллом. [c.216]

Свойства симметрии кристаллической решетки позволяют сделать целый ряд выводов о свойствах твердого тела. Некоторые из этих выводов мы уже получили в предыдущих параграфах. Так, на трансляционной инвариантностн кристаллической решетки основывается представление зонной структуры твердого тела, описание с помощью блоховских функций и определение электрона в кристалле как квазичастицы ( 18). Общие свойства симметрии функции [c.361]

Рассмотрим сначала простейшее представление электрический ток — это движение электронов под воздействием приложенного электрического поля. В металлах число электронов, участвующих в электропроводности, зависит от структуры кристалла, а для одновалентных металлов —это один электрон на атом Поведение электрона, находящегося в твердом теле, удобнее всего описывать в трехмерной системе координат, для которой три декартовы координаты кх, ку и кг являются компонентами волнового числа к. Электрону с энергией Е и импульсом р соответствует волновое число к. Согласно уравнению де Бройля, р=Ьк (где Й—постоянная Планка, деленная на 2л) и Е р 12т. Положение электрона в -пространстве характеризуется вектором к, пропорциональным импульсу электрона. В ыеталле, содержащем N свободных электронов, при абсолютном нуле температуры электроны займут N 2 низших энергети- [c.187]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...