能带理论与电子结构
周期势
/ peer-ee-OD-ik puh-TEN-shul /
设想你走过一块铺得整整齐齐的瓷砖地,每一块砖的正中都微微凹下去。一步一步,你一遍又一遍地踩到同样温柔的凹陷,随着每一块砖重复出现。一个穿行于晶体之中的电子,感受到的正是这样的东西:一片由凹陷与隆起构成的地貌,从一个原子到下一个原子完全一样地重复着。这片无尽重复的电学地貌,就是周期势。
周期势是电子所感受到的那种重复出现的电学吸引与排斥的图案,它之所以存在,是因为晶体的原子按照间距规则的点阵排列着。在每个带正电的原子实附近,电子会感到一口深井把它往里拉;在原子实之间,这股拉力则有所缓和。由于点阵是周期性的,这个势会恰好以原子的间距重复,正是这份规律性,使得整套能带理论的机器得以运转。
周期势之所以重要,是因为它是造就能带与带隙的唯一关键成分;一旦去掉周期性,能带就烟消云散了。一个值得强调的微妙之处是:关键的特征是周期性,而不是强弱:一个强的重复势和一个弱的重复势,都会给出能带,只是更宽或更窄而已。真实晶体从来不是完美周期的——缺陷、杂质、不停抖动的原子都会打破这个图案——而恰恰是这些不完美,限制了一种材料导电能导得多好。
让一个电子穿过一排间距固定、彼此相同的势井——这是晶体在教科书里的一维版本——数学算出来的东西,恰好就是真实固体所呈现的:被禁戒能隙打断的、一条条允许的能带。光是这份重复就把活全干了;根本不需要什么奇异的成分。
一排简单重复的势井,就已经产生出真实固体那样的能带和带隙。
造就能带的是势的规律性,而不是“有原子”这件事本身;用激光做成的人造光晶格囚住一团冷原子,靠的完全是同一个原理产生能带,而现场连一块固体都看不见。
又称
另见