近自由電子近似
編輯在固態物理學中,近自由電子模型(或 NFE 模型)或準自由電子模型是電子物理性質的量子力學模型,可以幾乎自由地穿過固體的晶格。 該模型與更概念化的空格近似密切相關。 該模型能夠理解和計算電子能帶結構,尤其是金屬。
該模型是自由電子模型的直接改進,其中金屬被視為非相互作用的電子氣,離子被完全忽略。
數學公式
編輯近自由電子模型是自由電子氣體模型的修改版,其中包括一個弱周期性擾動,旨在模擬傳導電子與結晶固體中離子之間的相互作用。 該模型與自由電子模型一樣,沒有考慮電子-電子相互作用; 也就是說,獨立電子近似仍然有效。
如布洛赫定理所示,將周期性勢能引入薛定諤方程會產生以下形式的波函數
其中函數 uk 與晶格具有相同的周期性
(其中 T 是點陣平移向量。)
因為它是一個幾乎自由的電子近似
其中 Ωr 表示固定半徑 r 的狀態體積(如吉布斯悖論中所述)。
這種形式的解可以代入薛定諤方程,得到中心方程
倒數參數 Ck 和 UG 分別是波函數 ψ(r) 和屏蔽勢能 U(r) 的傅立葉系數
矢量 G 是倒易晶格矢量,k 的離散值由所考慮晶格的邊界條件確定。
在任何擾動分析中,都必須考慮應用擾動的基本情況。 這里,基本情況是 U(x) = 0,因此勢的所有傅里葉系數也為零。
如果 λ k {\displaystyle \lambda _{\mathbf {k} }} 的值是非退化的,那么第二種情況只發生在 k 的一個值上,而對于其余的,傅立葉展開系數 C k {\displaystyle C_{\mathbf {k} }} 必須為零。 在這種非簡并情況下,檢索標準自由電子氣結果:
然而,在退化情況下,將有一組點陣向量 k1, ..., km,其中 λ1 = ... = λm。 當能量 ε {\displaystyle \epsilon } 等于這個λ值時,就會有m個獨立的平面波解,其中任意一個線性組合
非退化和退化擾動
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