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导体的价带是________填充的,因此具有良好导电性。解析:部分(或“未完全”) 选择题 下列哪一项不是能带理论的基本假设? 布洛赫函数中,e^(ikr) 描述的是电子的: 近自由电子近似中,周期势场的作用是: 禁带形成的物理原因是: 紧束缚近似中,电子行为更接近: 能带底附近,电子有效质量为: 下列材料中,禁带最宽的是: 半导体的导电性随温度升高而: 导体的能带结构特点是: 下列哪一项不是紧束缚近似的结论? 能带理论认为电子只能在单个原子中运动。答案:错解析:能带理论认为电子可在整个晶体中运动。 布洛赫函数是描述晶体中电子波函数的一种形式。答案:对 近自由电子近似适用于原子束缚很强的情况。答案:错解析:适用于周期势弱、电子近似自由的情况。 禁带是由于电子能量被原子核吸收而形成的。答案:错解析:禁带是由于布拉格反射导致电子波无法传播。 紧束缚近似中,电子波函数仍是布洛赫波。答案:对 能带顶附近,电子有效质量为负,意味着电子行为像正电荷。答案:对解析:负有效质量对应反常加速度,等效为正电荷运动。 半导体的禁带宽度大于绝缘体。答案:错解析:半导体禁带小于绝缘体。 导体的价带是部分填充的。答案:对 温度升高时,半导体的电阻率通常升高。答案:错解析:温度升高,电导率升高,电阻率下降。 能带理论可以解释为什么某些材料导电而某些不导电。答案:对 简答题 简述能带理论的两个基本假设。解析:绝热近似(原子核静止)、平均场近似(忽略电子间相互作用)。 ①绝热近似:原子核质量远大于电子,可视为静止在格点上,从而忽略电子-声子碰撞;②平均场近似:把电子-电子相互作用用平均势代替,使多体问题简化为单电子问题,故称“单电子近似”。 布洛赫函数的结构是什么?各部分分别描述什么?解析:φₖ(r)=e^{ikr}uₖ(r);e^{ikr}为行进平面波,描述电子在晶体中的共有化运动;uₖ(r)与晶格同周期,描述电子受原子势场调制的原子内运动。 近自由电子近似中,禁带是如何形成的?解析:在布里渊区边界,由于布拉格反射,电子波干涉相消,能量出现突变,形成禁带。 当k=±nπ/a时,电子波发生布拉格反射,反射波与入射波干涉相长,使电子无法传播,能量出现宽度为2|Uₙ|的突变,该能量区间即禁带。 紧束缚近似与近自由电子近似的主要区别是什么?解析:前者以原子中电子为零级近似,适用于窄能带;后者以自由电子为零级近似,适用于宽能带。 近自由:零级取自由电子,适用弱周期势、宽能带;紧束缚:零级取孤立原子中的电子,适用原子间距大、势束缚强、窄能带情形。 为什么能带底和能带顶的有效质量不同?解析:能带底曲率向上,有效质量为正;能带顶曲率向下,有效质量为负。 从能带结构角度简述导体、半导体、绝缘体的区别。解析:导体价带部分填充;半导体禁带窄(~1eV),常温可激发;绝缘体禁带宽,价带满导带空。 导体:价带部分填充或导带与价带重叠,电子可自由移动;半导体:0 K 时价带满导带空,禁带~1 eV,常温热激发即可导电;绝缘体:禁带>3-5 eV,价带满导带空,热激发无法跃迁,故不导电。 论述题 请用“近自由电子近似”和“紧束缚近似”两种模型,说明“能带”和“禁带”是怎么来的,并据此解释为什么金属导电而绝缘体不导电。解析: 近自由:把周期势当微扰,自由电子为零级近似。 布里渊区边界发生布拉格反射→能量突变→出现禁带。 紧束缚:以孤立原子电子为零级,原子间作用使分立能级“展宽”成能带。 金属 = 价带部分填充 / 导带与价带重叠,电子可自由移动。 绝缘体 = 价带全满 + 禁带很宽(>3 eV),无电子可跃迁到导带。 结论:有无“空闲”电子决定导电性。 试从近自由电子近似与紧束缚近似的物理图像出发,比较它们对能带形成机制的不同理解。解析:近自由电子近似认为能带来源于周期势对自由电子的微扰,形成禁带;紧束缚近似认为能带来源于原子能级因原子间相互作用而展宽,形成能带。前者从“自由”出发,后者从“束缚”出发。 晶体结构