Энергетический разрыв

В физике твердого тела энергетическая щель или запрещенная зона — это область энергий в твердом теле , где не существует электронных состояний, то есть область энергий, в которой плотность состояний обращается в нуль.

Особенно в физике конденсированного состояния энергетическая щель часто более абстрактно известна как спектральная щель — термин, который не обязательно относится к электронам или твердым телам.

Запрещенная зона

существует энергетическая щель Если в зонной структуре материала , ее называют запрещенной зоной . Физические свойства полупроводников в значительной степени определяются их запрещенной зоной, но для изоляторов и металлов зонная структура - и, следовательно, любые возможные запрещенные зоны - определяют их электронные свойства.

Сверхпроводники

Смотрите также: Сверхпроводящая щель

Для сверхпроводников энергетическая щель представляет собой область подавленной плотности состояний вблизи энергии Ферми , размер которой намного меньше энергетического масштаба зонной структуры. Сверхпроводящая энергетическая щель является ключевым аспектом в теоретическом описании сверхпроводимости и поэтому занимает видное место в теории БКШ . Здесь размер энергетической щели указывает на выигрыш энергии двух электронов при образовании куперовской пары . Если обычный сверхпроводящий материал охладить из металлического состояния (при более высоких температурах) в сверхпроводящее состояние, то сверхпроводящая энергетическая щель отсутствует выше критической температуры. $T_{\rm {c}}$, он начинает открываться при входе в сверхпроводящее состояние при $T_{\rm {c}}$, и она растет при дальнейшем охлаждении.Теория БКШ предсказывает, что размер $\Delta$ сверхпроводящей энергетической щели для обычных сверхпроводников в нулевых температурных масштабах с их критической температурой $T_{\rm {c}}$: $\Delta (T=0)=1.764\,k_{\rm {B}}T_{\rm {c}}$ (с постоянной Больцмана $k_{\rm {B}}$).

Псевдоразрыв

Если плотность состояний подавлена ​​вблизи энергии Ферми, но не исчезает полностью, то это подавление называется псевдощелью . Псевдощели экспериментально наблюдаются в различных классах материалов; Ярким примером являются купратные высокотемпературные сверхпроводники .

Жесткий разрыв против мягкого разрыва

Если плотность состояний обращается в нуль в расширенном диапазоне энергий, то это называется жесткой щелью. Если вместо этого плотность состояний точно обращается в нуль только для одного значения энергии (при этом подавляется, но не исчезает для близких значений энергии), то это называется мягким разрывом. Прототипическим примером мягкой щели является кулоновская щель , которая существует в локализованных электронных состояниях с кулоновским взаимодействием.