
电子共有化运动是指原子组成晶体后,由于电子壳层的交叠电子不再完全局限在某一原子上,可以由一个原子转移到相邻的原子上去,因而电子将可以在整个晶体中运动。
当原子相互靠近结合成晶体后,每个电子都要受到周围电子势场的作用,一个能级分裂成彼此相距很近的若干能级,这些能级组成一个能带。
能级分裂成的每一个能带都称为允带。允带与允带之间没有能级的称为禁带。绝对零度时,下面的能带填满电子,称为满带或价带,上面的能带是空的,没有电子称为导带,导带和价带之间是禁带。
布里渊区表示周期性势场中电子的E(k)与k的关系。其中禁带出现在k等于nπ/a处。因为E(k)与k具有周期性,可把其他区域迁移到第一布里渊区称为简约布里渊区。
晶体电子不是真空中的自由电子,具有波动性,则其状态不能简单地采用坐标和动量来表征,而可以采用所谓波矢——晶体动量k来表征。由k的三个分量(kx、ky、kz)所构成的空间就是所谓k空间,该空间与正常空间的量纲是互逆的,故k空间是倒易空间,即正格子空间的倒空间;k空间中的一个代表点就对应电子的一个状态。晶体电子的状态数目是有限的,其数目就等于k空间中一个原胞中代表点的数目;这个倒易空间的原胞就称为Bullouin区。
由于晶体电子是处于能带的状态。对于一个能带,每一个波矢k就代表该能带中电子的一种状态,对应有相应的一个能量本征值(一条能级)。而晶体有很多高低不同的能带,故一个k就对应于不同能带中的不同能级,即具有多个能量本征值。
所以,对于一个晶体电子所处的状态,需要指明它是属于哪一个能带、哪一个波矢k,这才是一种完整的表述。
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