能帶絕緣體
在量子力學(xué)出現(xiàn)之前,德國(guó)物理學(xué)家P.德魯?shù)耓注]提出的德魯?shù)履P涂梢暂^好地解釋金屬導(dǎo)電性,但是不能解釋為什么一些材料是電的絕緣體。能帶論的出現(xiàn)首次解釋了這一問(wèn)題。能帶色散關(guān)系中的能量間隔被稱為能隙。當(dāng)一個(gè)能帶體系的化學(xué)勢(shì)處于能隙中時(shí),在外場(chǎng)下電子不能獲得能量而被激發(fā),因此在零溫下不能導(dǎo)電,是電的絕緣體。 能帶絕緣體來(lái)自零溫下依據(jù)能帶論對(duì)材料的導(dǎo)電性劃分。在有限溫度下,一部分電子由于熱激發(fā)而跨過(guò)能隙,形成載流子,從而提高材料的導(dǎo)電性。即使在零溫下,比較大的電壓也可以加速電子跨越能隙,使其導(dǎo)電,這一現(xiàn)象稱為電擊穿,對(duì)應(yīng)電壓閾值稱為擊穿電壓。 并不是所有絕緣體都是能帶絕緣體。重要的例子是莫特絕緣體和安德森絕緣體。在莫特絕緣體匯總電子相互作用帶來(lái)電子激發(fā)能隙,把能帶金屬轉(zhuǎn)變?yōu)榻^緣體。而在安德森絕緣體中,雖然體系沒(méi)有能隙,但是強(qiáng)無(wú)序?qū)е码娮訜o(wú)法擴(kuò)散,使其不能傳導(dǎo)電荷。 一些能帶絕緣體雖然具有能隙,但是由于其能帶具有特殊的拓?fù)湫再|(zhì),使得它們邊界上總沒(méi)有能隙,可以導(dǎo)電。具有這樣特殊的拓?fù)淞孔与妼?dǎo)特性的體系包括整數(shù)量子霍爾效應(yīng)體系、量子反?;魻柦^緣體和拓?fù)浣^緣體等。
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