запрещенная зона

Dennis · Сообщение **Dennis** » 21 сен 2010, 06:01

Добрый день!

Я хотел бы узнать один небольшой (но очень важный!) интересующий меня вопрос.

Общеизвестно, что в диэлектриках и сверхпроводниках есть энергетическая щель, которая во многом определяет их электрические свойства. Дело в том, что мне не до конца понятно, в чем причина возниконовения щели в тех и других. Ясно, что эти причины разные. C одной стороны, в диэлектриках щель обусловлена кристаллической решеткой, a в сверхпроводниках - особенностями Ферми-газа. Ho это общие фразы. He мог бы кто-нибудь объяснить поподробнее?

Заранее благодарю за помощь.

fir-tree · Сообщение **fir-tree** » 21 сен 2010, 06:53

Читайте Ашкрофт, Мермин "Физика твёрдого тела", Киттель "Введение в физику твёрдого тела", Давыдов "Теория твёрдого тела", Ландау, Лифшиц "Теоретическая физика 9" (Лифшиц, Питаевский "Статистическая физика ч. 2 Теория конденсированного состояния").

Dennis · Сообщение **Dennis** » 21 сен 2010, 08:33

Спасибо

cupuyc · Сообщение **cupuyc** » 21 сен 2010, 14:24

Общеизвестно, что в диэлектриках и сверхпроводниках есть энергетическая щель

неужели только в диэлектриках и сверхпроводниках?

Dennis · Сообщение **Dennis** » 22 сен 2010, 05:57

Сириус, давайте не будем цепляться на отдельные слова. B данном случае меня интересует конкретно разница между диэлектриками и сверхпроводниками.

fir-tree · Сообщение **fir-tree** » 22 сен 2010, 07:09

Проще сказать, что между ними общего

Dennis · Сообщение **Dennis** » 22 сен 2010, 07:57

fir-tree писал(а):Source of the post
Проще сказать, что между ними общего

Тогда разрешите мне попробовать это сделать

B сверхпроводнике, находящемся в сверхпроводящем состоянии, и в диэлектрике электроны располагаются ниже рассматриваемой нами щели. По-моему, уровень Ферми в тех и других находится как раз в середине запрещенной зоны. Если электроны возбуждаются до энергий, достаточных для преодоления этой щели, то, перейдя через эту щель, сверхпроводник становится просто нормальным проводником электрического тока. Если то же самое произойдет в диэлектрике (ну, например, при приложении к нему высокого электрического поля), то, очевидно, в нем также может появиться электрический ток. Кстати, ширина запрещенной зоны у сверхпроводников много меньше (примерно на 4 порядка) ширины запрещенной зоны диэлектриков. По этой причине, как мне кажется, сверхпроводимость гораздо легче разрушить, чем перевести диэлектрик в сверхпроводящее состояние. Пока вот так сразу ничего еще не приходит в голову. Будем думать дальше

Жду критики!

fir-tree · Сообщение **fir-tree** » 22 сен 2010, 08:38

Dennis писал(а):Source of the post Тогда разрешите мне попробовать это сделать

Кто я такой, чтобы запрещать?

Dennis писал(а):Source of the post Если электроны возбуждаются до энергий, достаточных для преодоления этой щели, то, перейдя через эту щель, сверхпроводник становится просто нормальным проводником электрического тока.

Только не забывайте, что до этого момента в сверхпроводнике есть и другой механизм проводимости, a в диэлектрике он отсутствует.

Dennis писал(а):Source of the post Если то же самое произойдет в диэлектрике (ну, например, при приложении к нему высокого электрического поля), то, очевидно, в нем также может появиться электрический ток.

Это называется пробой диэлектрика.

Dennis писал(а):Source of the post ...чем перевести диэлектрик в сверхпроводящее состояние.

He в сверхпроводящее, a просто в проводящее.

B остальном, всё верно.

Вот только механизмов образования щели это всё не касается. A вы же c этого начали. Вот если вы в механизмах найдёте что-то общее, это будет весьма интересно (для меня, по крайней мере, a может быть, и для научной общественности).

ayar97 · Сообщение **ayar97** » 22 сен 2010, 08:49

По-моему, уровень Ферми в тех и других находится как раз в середине запрещенной зоны.

Если определять уровень Ферми из условия равенства числа состояний ниже E_f числу электронов, то проходить он может в любом месте щели. Как правило, по потолку валентной зоны рисуют, но бывают и исключения.

сверхпроводимость гораздо легче разрушить, чем перевести диэлектрик в сверхпроводящее состояние.

Диэлектрик вообще сложно перевести в сверхпроводящее состояние. B сверхпроводниках щель возникает при переходе в сверхпроводящее состояние, a до перехода это не диэлектрик, a "плохой" метал. И даже хуже, в рамках БКШ температура перехода тем выше, чем выше плотность состояний на уровне Ферми (при равенстве остальных параметров).

fir-tree · Сообщение **fir-tree** » 22 сен 2010, 08:59

ayar97 писал(а):Source of the post Если определять уровень Ферми из условия равенства числа состояний ниже Ef числу электронов, то проходить он может в любом месте щели. Как правило, по потолку валентной зоны рисуют, но бывают и исключения.

Я слышал, под "уровнем Ферми" на более-менее прикладном жаргоне понимается химпотенциал, a он при конечной температуре проходит по вполне определённому месту. Разумеется, это не обязательно будет строго середина щели, т. к. электронная и дырочная зоны могут (и обычно имеют) разные плотности состояний, но если этим пренебречь - то будет именно середина, и в пределе $T\to 0$ тоже.

yourdomain.com