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能带

作者:马夕华
2020-02-21
信息

能带

一、能带是什么意思

在形成分子时,原子轨道构成具有分立能级的分子轨道。晶体是由大量的原子有序堆积而成的。由原子轨道所构成的分子轨道的数量非常之大,以至于可以将所形成的分子轨道的能级看成是准连续的,即形成了能带。

能带理论是用量子力学的方法研究固体内部电子运动的理论。始于20世纪初期,在量子力学确立以后发展起来的一种近似理论。它曾经定性地阐明了晶体中电子运动的普遍特点,并进而说明了导体与绝缘体、半导体的区能带别所在,解释了晶体中电子的平均自由程问题。

自20世纪六十年代,电子计算机得到广泛应用以后,使用电子计算机依据第一原理做复杂能带结构计算成为可能(不过仍然非常耗时,一次典型的能带结构自洽计算在普通工作站上往往需要花几个小时甚至一周多的时间才能完成)。能带理论由定性发展为一门定量的精确科学。

晶体中电子所能具有的能量范围,在物理学中往往形象化地用一条条水平横线表示电子的各个能量值。能量愈大,线的位置愈高,一定能量范围内的许多能级(彼此相隔很近)形成一条带,称为能带。各种晶体能带数目及其宽度等都不相同。相邻两能带间的能量范围称为“能隙”或“禁带”。晶体中电子不能具有这种能量。完全被电子占据的能带称“满带”。满带中的电子不会导电;完全未被占据的称“空带”;部分被占据的称“导带”。导带中的电子能够导电;价电子所占据能带称“价带”。能量比价带低的各能带一般都是满带,价带可以是满带,也可以是导带;如在金属中是导带,所以金属能导电。在绝缘体中和半导固体能带体中是满带所以它们不能导电。但半导体很容易因其中有杂质或受外界影响(如光照,升温等),使价带中的电子数目减少,或使空带中出现一些电子而成为导带,因而也能导电。

二、飞机上什么能带

烟花爆竹不能上机

据介绍,双流机场查获较多的违禁物品是烟花、爆竹。主要是从小孩衣服口袋里检查出来的。安检人员表示,烟花、爆竹是易燃易爆品,禁止带上飞机。此外,玩具手枪也不能随身携带或托运。

生活用刀可办托运

“管制刀具不能上飞机”的规定很多旅客都知道,但根据规定,菜刀、大剪刀、大水果刀、剃刀等生活用刀虽然禁止随身携带,但旅客可以作为行李进行托运。雕刻刀、文艺单位表演用的刀、矛、剑、戟等,以及斧,凿、锤、锥、加重或有尖钉的手杖、铁头登山杖也适用上述规定。

摩丝香水限量携带

乘机出行也可限量带点香水、摩丝。据规定,这类物品因含易燃物质实行限量随身携带。其中,发胶、衣领净、摩丝、发亮剂、杀虫剂、空气清新剂分别限带1瓶(350毫升),香水限带500毫升,这几种限带的生

活用品累计不得超过1000毫升或1公斤。充有可燃气体或燃料油的打火机限带5只,安全火柴限带5盒。

白酒托运限带两瓶

据介绍,旅客不得随身携带酒类(瓶装、罐装)。如确需携带,每人每次不得超过2瓶(每瓶容积均不得超过500ML),且必须托运,包装须符合民航运输规定。

同时,每名旅客每次最多可携带2瓶(容积限量同上)碳酸饮料、矿泉水、茶水、牛奶、酸奶、果汁等液态物品,并经开瓶检查确认无疑后,方可随身携带乘坐飞机;其它超出部分一律托运。因特殊原因需要随身携带的液态物品,如患病旅客携带的液态药品、带有婴儿的旅客携带的婴儿饮用品等,经开瓶检查确认无疑后,可予携带。

鲜活物品不进客舱

小鸟、小猫、小狗等家庭宠物以及一切鲜活物品均不能带入客舱。旅客提供动物检疫证明后,经航空公司同意方可托运。同时,一些具有强烈刺激气味的物品如榴莲等也是不能带进客舱的

三、能带的基本介绍

能带理论是用量子力学的方法研究固体内部电子运动的理论。始于20世纪初期,在量子力学确立以后发展起来的一种近似理论。它曾经定性地阐明了晶体中电子运动的普遍特点,并进而说明了导体与绝缘体、半导体的区别所在,解释了晶体中电子的平均自由程问题。

自20世纪六十年代,电子计算机得到广泛应用以后,使用电子计算机依据第一原理做复杂能带结构计算成为可能(不过仍然非常耗时,一次典型的能带结构自洽计算在普通工作站上往往需要花几个小时甚至一周多的时间才能完成)。能带理论由定性发展为一门定量的精确科学。

晶体中电子所能具有的能量范围,在物理学中往往形象化地用一条条水平横线表示电子的各个能量值。能量愈大,线的位置愈高,一定能量范围内的许多能级(彼此相隔很近)形成一条带,称为能带。各种晶体能带数目及其宽度等都不相同。相邻两能带间的能量范围称为“能隙”或“禁带”。晶体中电子不能具有这种能量。完全被电子占据的能带称“满带”。满带中的电子不会导电;完全未被占据的称“空带”;部分被占据的称“导带”。导带中的电子能够导电;价电子所占据能带称“价带”。能量比价带低的各能带一般都是满带,价带可以是满带,也可以是导带;如在金属中是导带,所以金属能导电。在绝缘体中和半导体中是满带所以它们不能导电。但半导体很容易因其中有杂质或受外界影响(如光照,升温等),使价带中的电子数目减少,或使空带中出现一些电子而成为导带,因而也能导电。

四、什么叫能带

能带理论

band,theory

研究固体中电子运动规律的一种近似理论。固体由原子组成,原子又包括原子实和最外层电子,它们均处于不断的运动状态。为使问题简化,首先假定固体中的原子实固定不动,并按一定规律作周期性排列,然后进一步认为每个电子都是在固定的原子实周期势场及其他电子的平均势场中运动,这就把整个问题简化成单电子问题。能带理论就属这种单电子近似理论,它首先由F.布洛赫和L.-N.布里渊在解决金属的导电性问题时提出。具体的计算方法有自由电子近似法、紧束缚近似法、正交化平面波法和原胞法等。前两种方法以量子力学的微扰理论作为基础,只分别适用于原子实对电子的束缚很弱和很强的两种极端情形;后两种方法则适用于较一般的情形,应用较广。

孤立原子的能带孤立原子的外层电子可能取的能量状态(能级)完全相同,但当原子彼此靠近时,外层电子就不再仅受原来所属原子的作用,还要受到其他原子的作用,这使电子的能量发生微小变化。原子结合成晶体时,原子最外层的价电子受束缚最弱,它同时受到原来所属原子和其他原子的共同作用,已很难区分究竟属于哪个原子,实际上是被晶体中所有原子所共有,称为共有化。原子间距减小时,孤立原子的每个能级将演化成由密集能级组成的准连续能带。共有化程度越高的电子,其相应能带也越宽。孤立原子的每个能级都有一个能带与之相应,所有这些能带称为允许带。相邻两允许带间的空隙代表晶体所不能占有的能量状态,称为禁带。若晶体由N个原子(或原胞)组成,则每个能带包括N个能级,其中每个能级可被两个自旋相反的电子所占有,故每个能带最多可容纳2N个电子(见泡利不相容原理)。价电子所填充的能带称为价带。比价带中所有量子态均被电子占满,则称为满带。满带中的电子不能参与宏观导电过程。无任何电子占据的能带称为空带。未被电子占满的能带称为未满带。例如一价金属有一个价电子,N个原子构成晶体时,价带中的2N个量子态只有一半被占据,另一半空着。未满带中的电子能参与导电过程,故称为导带。

固体的能带固体的导电性能由其能带结构决定。对一价金属,价带是未满带,故能导电。对二价金属,价带是满带,但禁带宽度为零,价带与较高的空带相交叠,满带中的电子能占据空带,因而也能导电,绝缘体和半导体的能带结构相似,价带为满带,价带与空带间存在禁带。半导体的禁带宽度从0.1~1.5电子伏,绝缘体的禁带宽度从1.5~1.0电子伏。在任何温度下,由于热运动,满带中的电子总会有一些具有足够的能量激发到空带中,使之成为导带。由于绝缘体的禁带宽度较大,常温下从满带激发到空带的电子数微不足道,宏观上表现为导电性能差。半导体的禁带宽度较小,满带中的电子只需较小能量就能激发到空带中,宏观上表现为有较大的电导率(见半导体)。

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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