凝聚態與固態物理
布里淵區(Brillouin zone)
/ bree-LWAN /
布里淵區是倒空間的晶胞,以盡可能對稱的方式選定。可以把它想成「真正相異的波向量所佔的領土」:晶體中每一個可能的電子態或聲子態,都可以用這一塊區域裡的某個 k 來標記,而任何落在區外的 k,都不過是區內某個 k 的偽裝副本。晶體所有有趣的物理,都畫在這裡。
第一布里淵區是倒晶格的維格納-塞茲晶胞(Wigner-Seitz cell):所有「離某個選定的倒晶格點(原點)比離任何其他倒晶格點都更近」的 k 點所成的集合。作法是:畫出由原點連到鄰近倒晶格點的那些向量的垂直平分面,被圍出的最小體積就是這個區。它的邊界是布拉格面(Bragg plane),任何區外的波向量都可以透過減去一個倒晶格向量 G 折回區內,因為 k 與 k + G 描述的是同一個布洛赫態。這正是為什麼能帶結構 E_n(k) 只需畫在第一區之上。
區邊界正是好戲上演之處:正是在那裡,電子波的布拉格反射打開了能隙,把一條自由電子能帶劈裂成固體的一條條容許能帶。一個常見的失誤:布里淵區是 k 空間(單位為長度倒數)中的一塊區域,不是真實空間中的區域;它的角點與對稱點(標記為 Gamma、X、L 等)是特殊的波向量,而不是晶體裡的某些位置。
對邊長為 a 的簡單立方晶格,第一布里淵區是一個以原點為中心、邊長 2 pi / a 的立方體;其中心是 Gamma 點(k = 0),面心則是 X 點。
第一區中,每條能帶每個容許值恰好含一個 k 態,不多也不少。
由於 k 與 k + G 在物理上是同一個態,限制在第一布里淵區並不會遺失任何資訊;它只是移除了重複的副本。
又稱
另見