简述能带理论
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能带理论(Energy band theory )是讨论晶体(包括金属、绝缘体和半导体的晶体)中电子的状态及其运动的一种重要的近似理论。它把晶体中每个电子的运动看成是独立的在一个等效势场中的运动,即是单电子近似的理论;对于晶体中的价电子而言,等效势场包括原子实的势场、其他价电子的平均势场和考虑电子波函数反对称而带来的交换作用,是一种晶体周期性的势场。
在固体金属内部构成其晶格结点上的粒子,是金属原子或正离子,由于金属原子的价电子的电离能较低,受外界环境的影响(包括热效应等),价电子可脱离原子,且不固定在某一离子附近,而可在晶格中自由运动,常称它们为自由电子。正是这些自由电子将金属原子及离子联系在一起,形成了金属整体。这种作用力称为金属键。当然固体金属也可视为等径圆球的金属原子(离子)紧密堆积成晶体。这时原子的配位数可高达8至12。金属中为数不多的价电子不足以形成如此多的共价键。这些价电子只能为整个金属晶格所共有。所以金属键不同于离子键;也不同于共享电子局限在两个原子间的那种共价键(定域键)。广义地说,金属键属于离域键,即共享电子分布在多个原子间的一种键,但它是一种特殊的离域键,既无方向性,也无饱和性。
能带理论在阐明电子在晶格中的运动规律、固体的导电机构、合金的某些性质和金属的结合能等方面取得了重大成就,但它毕竟是一种近似理论,存在一定的局限性。例如某些晶体的导电性不能用能带理论解释,即电子共有化模型和单电子近似不适用于这些晶体。多电子理论建立后,单电子能带论的结果常作为多电子理论的起点,在解决现代复杂问题时,两种理论是相辅相成的。
在固体金属内部构成其晶格结点上的粒子,是金属原子或正离子,由于金属原子的价电子的电离能较低,受外界环境的影响(包括热效应等),价电子可脱离原子,且不固定在某一离子附近,而可在晶格中自由运动,常称它们为自由电子。正是这些自由电子将金属原子及离子联系在一起,形成了金属整体。这种作用力称为金属键。当然固体金属也可视为等径圆球的金属原子(离子)紧密堆积成晶体。这时原子的配位数可高达8至12。金属中为数不多的价电子不足以形成如此多的共价键。这些价电子只能为整个金属晶格所共有。所以金属键不同于离子键;也不同于共享电子局限在两个原子间的那种共价键(定域键)。广义地说,金属键属于离域键,即共享电子分布在多个原子间的一种键,但它是一种特殊的离域键,既无方向性,也无饱和性。
能带理论在阐明电子在晶格中的运动规律、固体的导电机构、合金的某些性质和金属的结合能等方面取得了重大成就,但它毕竟是一种近似理论,存在一定的局限性。例如某些晶体的导电性不能用能带理论解释,即电子共有化模型和单电子近似不适用于这些晶体。多电子理论建立后,单电子能带论的结果常作为多电子理论的起点,在解决现代复杂问题时,两种理论是相辅相成的。
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