Model elektronów swobodnych w metalu

Podobne dokumenty
Funkcja rozkładu Fermiego-Diraca w różnych temperaturach

Wykład IV. Półprzewodniki samoistne i domieszkowe

S. Baran - Podstawy fizyki materii skondensowanej Gaz Fermiego elektronów swobodnych. Gaz Fermiego elektronów swobodnych

Elektryczne własności ciał stałych

Przewodność elektryczna ciał stałych. Elektryczne własności ciał stałych Izolatory, metale i półprzewodniki

Elektryczne własności ciał stałych

Przejścia kwantowe w półprzewodnikach (kryształach)

Repeta z wykładu nr 3. Detekcja światła. Struktura krystaliczna. Plan na dzisiaj

Zjawiska zachodzące w półprzewodnikach Przewodniki samoistne i niesamoistne

Zaburzenia periodyczności sieci krystalicznej

Teoria pasmowa ciał stałych

Pasmowa teoria przewodnictwa. Anna Pietnoczka

TEORIA PASMOWA CIAŁ STAŁYCH

Wykład 3 Zjawiska transportu Dyfuzja w gazie, przewodnictwo cieplne, lepkość gazu, przewodnictwo elektryczne

ZALEŻNOŚĆ OPORU ELEKTRYCZNEGO 57 METALU I PÓŁPRZEWODNIKA OD TEMPERATURY

Pomiar przewodności cieplnej i elektrycznej metali

Przejścia promieniste

W1. Właściwości elektryczne ciał stałych

Przyrządy półprzewodnikowe

Przerwa energetyczna w germanie

WŁASNOŚCI CIAŁ STAŁYCH I CIECZY

Wykład VI. Teoria pasmowa ciał stałych

Wykład III. Teoria pasmowa ciał stałych

Zjawisko termoelektryczne

Struktura pasmowa ciał stałych

Czym jest prąd elektryczny

Ciała stałe. Literatura: Halliday, Resnick, Walker, t. 5, rozdz. 42 Orear, t. 2, rozdz. 28 Young, Friedman, rozdz

III.4 Gaz Fermiego. Struktura pasmowa ciał stałych

Rozszczepienie poziomów atomowych

Elementy teorii powierzchni metali

S. Baran - Podstawy fizyki materii skondensowanej Pasma energetyczne. Pasma energetyczne

ZALEŻNOŚĆ OPORU ELEKTRYCZNEGO METALU I PÓŁPRZEWODNIKA OD TEMPERATURY

Nanostruktury i nanotechnologie

Teoria pasmowa. Anna Pietnoczka

Projekt FPP "O" Kosma Jędrzejewski

STRUKTURA PASM ENERGETYCZNYCH

Zadania treningowe na kolokwium

na dnie (lub w szczycie) pasma pasmo jest paraboliczne, ale masa wyznaczona z krzywizny niekoniecznie = m 0

Właściwości kryształów

Natężenie prądu elektrycznego

GAZ ELEKTRONÓW SWOBODNYCH POWYŻEJ ZERA BEZWZGLĘDNEGO.

Krawędź absorpcji podstawowej

W5. Rozkład Boltzmanna

PRAWO OHMA DLA PRĄDU STAŁEGO

Elektryczne własności ciał stałych

Fizyka statystyczna Zwyrodniały gaz Fermiego. P. F. Góra

Dr inż. Zbigniew Szklarski

ZJAWISKA TRANSPORTU ZAŁOŻENIA

Właściwości chemiczne i fizyczne pierwiastków powtarzają się w pewnym cyklu (zebrane w grupy 2, 8, 8, 18, 18, 32 pierwiastków).

m e vr =nh Model atomu Bohra

Absorpcja związana z defektami kryształu

S. Baran - Podstawy fizyki materii skondensowanej Półprzewodniki. Półprzewodniki

Repeta z wykładu nr 5. Detekcja światła. Plan na dzisiaj. Złącze p-n. złącze p-n

P R A C O W N I A

Skończona studnia potencjału

Rok akademicki: 2016/2017 Kod: NIM s Punkty ECTS: 5. Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: Stacjonarne

Stany skupienia materii

Prąd elektryczny - przepływ ładunku

METALE. Cu Ag Au

Półprzewodniki samoistne. Struktura krystaliczna

Kwantowa natura promieniowania

Pole przepływowe prądu stałego

POMIAR PRZEWODNOŚCI CIEPLNEJ I ELEKTRYCZNEJ METALI

Przewodnictwo elektryczne ciał stałych. Fizyka II, lato

Instytut Systemów Inżynierii Elektrycznej Wydział Elektrotechniki, Elektroniki Informatyki i Automatyki Politechnika Łódzka

Przewodnictwo elektryczne ciał stałych

Różne dziwne przewodniki

PRĄD STAŁY. Prąd elektryczny to uporządkowany ruch ładunków wewnątrz przewodnika pod wpływem przyłożonego pola elektrycznego.

półprzewodniki Plan na dzisiaj Optyka nanostruktur Struktura krystaliczna Dygresja Sebastian Maćkowski

ZJAWISKA TERMOELEKTRYCZNE

Zasady obsadzania poziomów

Pytania z przedmiotu Inżynieria materiałowa

VI. POMIAR ZALEŻNOŚCI OPORNOŚCI METALI I PÓŁPRZEWODNIKÓW OD TEMPERATURY

Podstawowe właściwości fizyczne półprzewodników WYKŁAD 1 SMK J. Hennel: Podstawy elektroniki półprzewodnikowej, WNT, W-wa 2003

ĆWICZENIE 6. Metale, półprzewodniki, izolatory

EFEKT HALLA W PÓŁPRZEWODNIKACH.

2. Półprzewodniki. Istnieje duża jakościowa różnica między właściwościami elektrofizycznymi półprzewodników, przewodników i dielektryków.

Stara i nowa teoria kwantowa

Równanie falowe Schrödingera ( ) ( ) Prostokątna studnia potencjału o skończonej głębokości. i 2 =-1 jednostka urojona. Ψ t. V x.

Cel ćwiczenia: Wyznaczenie szerokości przerwy energetycznej przez pomiar zależności oporności elektrycznej monokryształu germanu od temperatury.

Statystyka nieoddziaływujących gazów Bosego i Fermiego

Elementy teorii powierzchni metali

Wzajemne relacje pomiędzy promieniowaniem a materią wynikają ze zjawisk związanych z oddziaływaniem promieniowania z materią. Do podstawowych zjawisk

Transport jonów: kryształy jonowe

II. WYBRANE LASERY. BERNARD ZIĘTEK IF UMK /~bezet

S T R U K T U R Y J E D N O W Y M I A R O W E. W Ł A S N O Ś C I. P R Z Y K Ł A D Y. JOANNA MIECZKOWSKA FIZYKA STOSOWANA

Wykład 28. Teoria elektronowa przewodnictwa elektrycznego.

Podstawy krystalografii

ZADANIE 28. Wyznaczanie przewodnictwa cieplnego miedzi

i elementy z półprzewodników homogenicznych część II

Zagadnienie do ćwiczeń na 2 Pracowni Fizycznej Dr Urszula Majewska

IX. DIODY PÓŁPRZEWODNIKOWE Janusz Adamowski

Termodynamiczny opis układu

Model wiązania kowalencyjnego cząsteczka H 2

S. Baran - Podstawy fizyki materii skondensowanej Fonony. Fonony

Lasery półprzewodnikowe. przewodnikowe. Bernard Ziętek

Fizyka 2 Wróbel Wojciech. w poprzednim odcinku

Badanie własności hallotronu, wyznaczenie stałej Halla (E2)

Fizyka 3.3 WYKŁAD II

Repeta z wykładu nr 4. Detekcja światła. Dygresja. Plan na dzisiaj

Transkrypt:

Model elektronów swobodnych w metalu Stany elektronu w nieskończonej trójwymiarowej studni potencjału - dozwolone wartości wektora falowego k Fale stojące - warunki brzegowe znikanie funkcji falowej na brzegach sześciennej kostki L 3 punkty oddalone o π/l w 1/8 przestrzeni k. Fale biegnące periodyczne warunki brzegowe punkty oddalone o π/l w całej przestrzeni wektora falowego k. 1

Elektrony swobodne w metalu temperaturze T=0 K Obsadzone są stany o energii mniejszej od energii Fermiego E F Prawdopodobieństwo obsadzenia stanów Koncentracja elektronów n jest równa polu pod krzywą gęstości stanów dla E<E F W przestrzeni k kula Fermiego zawiera stany obsadzone Koncentracja elektronów swobodnych n, promień kuli o objętości przypadającej na jeden elektron r s wyrażony przez promień Bohra a 0, promień sfery Fermiego k F, prędkość Fermiego v F, energia Fermiego E F, temperatura Fermiego T F 4πr s3 /3=1/(na 03 )

Widmo miękkiego promieniowania rentgenowskiego emitowanego po wybiciu elektronów z powłoki L sodu zakres energii odpowiada energii elektronów przewodnictwa, ostre odcięcie wynika ze spadku obsadzenia stanów powyżej energii Fermiego. Funkcja rozkładu Fermiego-Diraca w różnych temperaturach Styczna do krzywej w punkcie f(e F )=0,5 przecina oś energii i prostą f(e)=1 w punktach odległych o k B T od E F 3

Ciepło właściwe gazu elektronów swobodnych w metalu Oszacowanie: Wzbudzenia termiczne elektronów w przedziale energii od E f -k B T do E f +k B T Średnio wzrost energii elektronu o k B T Liczba wzbudzonych elektronów nk B T/E f Wzrost energii wewnętrznej U=Nk B T /E f Ciepło właściwe c=d( U)/dT=4Nk B T/E f Wynik obliczeń dokładnych: Ciepło właściwe c=4,93nk B T/E f Wkłady elektronów swobodnych i drgań sieci krystalicznej do ciepła właściwego metalu drgania atomów c(t) = γt + βt 3 elektrony swobodne Wykres c/t w funkcji T dla miedzi Gęstość stanów elektronów dla pasma przewodnictwa metalu przejściowego 4

Przewodność elektryczna metali o różnej koncentracji elektronów walencyjnych 5

Opór elektryczny metali Rozpraszanie elektronów na nieregularnościach kryształu: a) drganiach atomów - fononach, b) defektach i atomach domieszki. Opór elektryczny w niskiej temperaturze dwu próbek potasu o różnej koncentracji domieszek i defektów sieci Kula Fermiego obsadzenie stanów elektronowych w przestrzeni wektora falowego w równowadze w temperaturze 0 K. Przesunięcie kuli Fermiego związane z przepływem prądu w kierunku -x i typowe procesy relaksacji, które przywracają rozkład równowagowy. Stan związany z przewodzeniem ciepła wywołany gradientem temperatury procesy relaksacji z małą zmianą wektora falowego (pędu elektronów). 6

Zależność od temperatury oporu elektrycznego metalu przewodności cieplnej metalu W wysokiej temperaturze rozpraszanie elektronów na fononach. Liczba wzbudzonych fononów jest proporcjonalna do temperatury. Średnia droga swobodna elektronu l jest odwrotnie proporcjonalna do liczby wzbudzonych fononów mevf ρ( T ) = T ne l W niskiej temperaturze rozpraszanie na defektach i domieszkach średnia droga swobodna nie zależy od T, podobnie jak prędkość Fermiego v F. W zakresie wysokich i niskich temperatur przewodność elektryczna σ =ρ -1 i współczynnik przewodzenia ciepła K metalu są powiązane prawem Wiedemanna-Franza: K π kb = σt 3 e =,45 10 8 W Ω K W pośrednim zakresie temperatury prawo to nie obowiązuje, gdyż różne są wtedy czasy relaksacji nierównowagowego rozkładu elektronów wywołanego przepływem prądu i gradientem temperatury. Efekt Halla wyznaczanie znaku i koncentracji nośników 7