緊束縛近似
編輯在固態物理學中,緊束縛模型(或 TB 模型)是一種計算電子能帶結構的方法,它使用基于位于每個原子位點的孤立原子的波函數疊加的近似波函數集。 該方法與化學中使用的LCAO方法(原子軌道線性組合方法)密切相關。 緊束縛模型適用于各種各樣的固體。 該模型在許多情況下給出了良好的定性結果,并且可以與其他模型結合使用,在緊束縛模型失敗的情況下提供更好的結果。 雖然緊束縛模型是一個單電子模型,但該模型也為更高級的計算提供了基礎,如表面態的計算以及在各種多體問題和準粒子計算中的應用。
介紹
編輯這種電子能帶結構模型的名稱緊束縛表明這種量子力學模型描述了固體中緊束縛電子的性質。 該模型中的電子應該與它們所屬的原子緊密結合,并且它們與周圍固體原子的狀態和勢能的相互作用應該有限。 結果,電子的波函數將與其所屬的自由原子的原子軌道非常相似。 電子的能量也將非常接近自由原子或離子中電子的電離能,因為與相鄰原子上的電勢和狀態的相互作用是有限的。
雖然單粒子緊束縛哈密頓量的數學公式乍一看可能看起來很復雜,但該模型一點也不復雜,可以很容易地直觀理解。 在理論中起重要作用的只有三種矩陣元素。 這三種元素中的兩種應該接近于零并且通常可以忽略不計。 模型中最重要的元素是原子間矩陣元素,化學家將其簡稱為鍵能。
通常,模型中涉及許多原子能級和原子軌道。 這可能導致復雜的能帶結構,因為軌道屬于不同的點群表示。 倒晶格和布里淵區通常屬于與固體晶體不同的空間群。 布里淵區中的高對稱點屬于不同的點群表示。 當研究像元素晶格或簡單化合物這樣的簡單系統時,通過分析計算高對稱點的本征態通常不是很困難。 所以緊束縛模型可以為那些想更多地了解群論的人提供很好的例子。
緊束縛模型有著悠久的歷史,并以多種方式應用,具有許多不同的目的和不同的結果。 該模型不能獨立存在。 部分模型可以通過其他類型的計算和模型(如近自由電子模型)來填充或擴展。 模型本身或其中的一部分可以作為其他計算的基礎。 例如,在導電聚合物、有機半導體和分子電子學的研究中,應用類緊束縛模型,其中原子在原始概念中的作用被共軛系統的分子軌道所取代,并且原子間矩陣元素 被分子間或分子內跳躍和隧穿參數所取代。 這些導體幾乎都具有非常各向異性的特性,有時幾乎完全是一維的。
歷史背景
編輯到 1928 年,羅伯特·穆利肯 (Robert Mulliken) 提出了分子軌道的想法,他深受弗里德里希·洪德 (Friedrich Hund) 的影響。 用于近似分子軌道的 LCAO 方法于 1928 年由 B. N. Finklestein 和 G. E. Horowitz 引入,而用于固體的 LCAO 方法由 Felix Bloch 開發,作為他 1928 年博士論文的一部分,與 LCAO-MO 方法同時并獨立于 LCAO-MO 方法。
一種更簡單的用于近似電子能帶結構的插值方案,特別是對于過渡金屬的 d 帶,是由 John Clarke Slater 和 George Fred Koster 在 1954 年構想的參數化緊束縛方法,有時稱為 SK 緊束縛 方法。 使用 SK 緊束縛方法,固體上的電子能帶結構計算不需要像原始布洛赫定理那樣完全嚴格地進行,而是僅在高對稱點和高對稱點進行xxx性原理計算 能帶結構被插值到這些點之間的布里淵區的其余部分。
在這種方法中,不同原子位點之間的相互作用被視為擾動。 我們必須考慮幾種相互作用。
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