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
[ редактировать ]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. [1] [2]
Сверхпроводники
[ редактировать ]Для сверхпроводников энергетическая щель представляет собой область подавленной плотности состояний вблизи энергии Ферми , причем размер энергетической щели 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 . [1] [2] [3] Если обычный сверхпроводящий материал охладить из металлического состояния (при более высоких температурах) в сверхпроводящее состояние, то сверхпроводящая энергетическая щель отсутствует выше критической температуры. , он начинает открываться при входе в сверхпроводящее состояние при , и она растет при дальнейшем охлаждении.Теория БКШ предсказывает, что размер сверхпроводящей энергетической щели для обычных сверхпроводников в нулевых температурных масштабах с их критической температурой : [3] (с постоянной Больцмана ).
Псевдоразрыв
[ редактировать ]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 . [4]
Жесткий разрыв против мягкого разрыва
[ редактировать ]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. [5]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Нил Н. Эшкрофт ; Н. Дэвид Мермин (1976). Физика твердого тела . Колледж Сондерс. ISBN 0-03-083993-9 .
- ^ Jump up to: а б Чарльз Киттель (1996). Введение в физику твердого тела (7-е изд.). Джон Уайли и сыновья. ISBN 0-471-11181-3 .
- ^ Jump up to: а б Майкл Тинкхэм (1996). Введение в сверхпроводимость (2-е изд.). МакГроу-Хилл. ISBN 0-07-064878-6 .
- ^ Тимаск, Том; Статт, Брайан (1999). «Псевдощель в высокотемпературных сверхпроводниках: экспериментальное исследование». Реп. прог. Физ . 62 (1): 61–122. arXiv : cond-mat/9905219 . Бибкод : 1999РПФ...62...61Т . дои : 10.1088/0034-4885/62/1/002 . S2CID 17302108 .
- ^ Эфрос, Алабама ; Шкловский, Б.И. (1975). «Кулоновская щель и низкотемпературная проводимость неупорядоченных систем». Дж. Физ. C: Физика твердого тела . 8 (4): Л49–Л51. Бибкод : 1975JPhC....8L..49E . дои : 10.1088/0022-3719/8/4/003 .