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電子態密度
鎖定
- 中文名
- 電子態密度
- 外文名
- density of electronic states
- 性 質
- 態密度
- 屬 性
- 固體物理概念
- 贗能隙
- pseudogap
電子態密度簡介
電子態密度的定義是:在電子能級為準連續分佈的情況下,單位能量間隔內的電子態數目。若用△Z表示能量在E與E+△E間隔內的電子態數目,則能態密度函數的定義為 N(E)。如果在k空間中作出等能面,即E(k)~常數,那麼在等能面E(k)=E和E(k)=E+△E之間的狀態的數目就是△Z。(式子1)
由於狀態在h空間分佈是均勻的,密度為 ,△Z可以表示為(式子2)式中V為晶體體積,ds為k空間中體積元,積分對等能面進行,dk為兩等能面間的垂直距離。△E可以表示為(式子3)是沿法線方向能量的改變率,代入式(2)和(1), 並考慮到電子自旋,最後可能 N(E)= (式子4) 由上式可知,在相應於 為零的點的能量附近,態 密度會顯示出結構。這些由於晶體的對稱性和週期性而必定存在的點,稱為範霍甫奇點。在範霍甫奇點處的那些態的能量,可通過光學或X射線方法測量確定。
電子態密度簡要特點
(1) 在整個能量區間之內分佈較為平均、沒有局域尖峯的DOS,對應的是類sp帶,表明電子的非局域化性質很強。相反,對於一般的過渡金屬而言,d軌道的DOS一般是一個很大的尖峯,説明d電子相對比較局域,相應的能帶也比較窄。
(2) 從DOS圖也可分析能隙特性:若費米能級處於DOS值為零的區間中,説明該體系是半導體或絕緣體;若有分波DOS跨過費米能級,則該體系是金屬。此外,可以畫出分波(PDOS)和局域(LDOS)兩種態密度,更加細緻的研究在各點處的分波成鍵情況。
(3) 從DOS圖中還可引入"贗能隙"(pseudogap)的概念。也即在費米能級兩側分別有兩個尖峯。而兩個尖峯之間的DOS並不為零。贗能隙直接反映了該體系成鍵的共價性的強弱:越寬,説明共價性越強。如果分析的是局域態密度(LDOS),那麼贗能隙反映的則是相鄰兩個原子成鍵的強弱:贗能隙越寬,説明兩個原子成鍵越強。上述分析的理論基礎可從緊束縛理論出發得到解釋:實際上,可以認為贗能隙的寬度直接和Hamiltonian矩陣的非對角元相關,彼此間成單調遞增的函數關係。
(4) 對於自旋極化的體系,與能帶分析類似,也應該將majority spin和minority spin分別畫出,若費米能級與majority的DOS相交而處於minority的DOS的能隙之中,可以説明該體系的自旋極化。
(5) 考慮LDOS,如果相鄰原子的LDOS在同一個能量上同時出現了尖峯,則我們將其稱之為雜化峯(hybridized peak),這個概念直觀地向我們展示了相鄰原子之間的作用強弱。