2022-2023學(xué)年高二物理競(jìng)賽課件：穩(wěn)恒電場(chǎng)作用下晶體電子的運(yùn)動(dòng)-布洛赫震蕩

穩(wěn)恒電場(chǎng)作用下晶體電子的運(yùn)動(dòng)——布洛赫震蕩

穩(wěn)恒電場(chǎng)作用下晶體電子的運(yùn)動(dòng)——布洛赫震蕩恒定電場(chǎng)下：自由電子怎樣運(yùn)動(dòng)？什么是布洛赫震蕩？一、恒定電場(chǎng)下電子運(yùn)動(dòng)方程

半經(jīng)典近似下：電子在k空間勻速運(yùn)動(dòng)。在坐標(biāo)空間,自由電子勻加速運(yùn)動(dòng)——直流電由于晶格的散射，電子不可能被無限制加速

二、k空間運(yùn)動(dòng)電子的運(yùn)動(dòng)保持在同一個(gè)能帶內(nèi)，能量周期性變化，在K空間周期性運(yùn)動(dòng)。電子從k=/a

移動(dòng)出去同時(shí)從k=-/a

移動(dòng)進(jìn)來二、k空間運(yùn)動(dòng)速度V振蕩變化三、能帶中運(yùn)動(dòng)恒電場(chǎng)下，電勢(shì)能：在直流電場(chǎng)作用下，晶格中產(chǎn)生交變電流這是一個(gè)驚人的結(jié)論！在直流電場(chǎng)作用下，電子K、速度、位置的周期振蕩稱為Bloch振蕩。Think!

有什么結(jié)果？四、實(shí)空間的運(yùn)動(dòng)電子速度振蕩，在坐標(biāo)空間周期運(yùn)動(dòng)觀察Bloch振蕩（在一般材料中）很困難。晶格振動(dòng)、雜質(zhì)、缺陷的散射會(huì)破壞這種振蕩，使之無法完成周期振蕩?；貞洠浩骄杂沙踢B續(xù)兩次散射之間的平均時(shí)間間隔τ≈10-13s觀察Bloch振蕩的條件是：

能看得到嗎？Bloch振蕩的周期Bloch振蕩的周期：電子在布里淵區(qū)運(yùn)動(dòng)一個(gè)周期的時(shí)間。在K空間運(yùn)動(dòng)的速度：Bloch振蕩周期：估計(jì)一下Bloch振蕩的周期勻速運(yùn)動(dòng)強(qiáng)電場(chǎng)E大晶格間距（常數(shù)）a延長τ一般固體材料a≈3A,τ≈10-13要求E>2×105V.cm-1

要實(shí)現(xiàn)T<<τ早被擊穿了！用高純度的半導(dǎo)體材料：減少雜質(zhì)、缺陷的密度低溫：降低晶格熱運(yùn)動(dòng)可以把τ提高幾個(gè)數(shù)量級(jí)人工晶體結(jié)構(gòu)：超晶格，大的晶格間距（常數(shù)）a。想新的途徑成功了！介觀物理Mesoscopicphysics能帶理論在材料學(xué)中的應(yīng)用由于介電常數(shù)在空間存在周期性排列，使它的折射率也呈現(xiàn)周期型排列從而使其中傳播的光的色散曲線帶狀能帶結(jié)構(gòu)，叫做光子能帶（Photonicband），光子能帶之間可能出現(xiàn)的帶隙，即光子帶隙也叫光子禁帶（Photonicbandgap簡稱PBG）。頻率落在光子禁帶中的光子，在某些方向上是被嚴(yán)格禁止傳播的。我們把具有光子帶隙電介質(zhì)周期性結(jié)構(gòu)叫做光子晶體（