В физике твердого тела , энергетическая щель представляет собой диапазон энергий в твердом теле , где нет электрона не существует состояние, т.е. диапазон энергий , где плотность состояний обращаются в нуле.
Энергетическая щель, особенно в физике конденсированного состояния , часто более абстрактно известна как спектральная щель , термин, который не обязательно должен быть специфическим для электронов или твердых тел.
Ширина запрещенной зоны
Если в зонной структуре материала существует запрещенная зона , она называется запрещенной зоной . Физические свойства полупроводников в значительной степени определяются их шириной запрещенной зоны, но также для диэлектриков и металлов зонная структура - и, следовательно, любые возможные запрещенные зоны - определяют их электронные свойства. [1] [2]
Сверхпроводники
Для сверхпроводников запрещенная зона представляет собой область подавленной плотности состояний около энергии Ферми , причем размер запрещенной зоны намного меньше энергетического масштаба зонной структуры. Сверхпроводящая запрещенная зона является ключевым аспектом теоретического описания сверхпроводимости и, таким образом, занимает видное место в теории БКШ . Здесь размер запрещенной зоны указывает на выигрыш в энергии для двух электронов при образовании куперовской пары . [1] [2] [3] Если обычный сверхпроводящий материал охлаждается из металлического состояния (при более высоких температурах) в сверхпроводящее состояние, то сверхпроводящая запрещенная зона отсутствует выше критической температуры., он начинает открываться при переходе в сверхпроводящее состояние при , и при дальнейшем охлаждении растет. Теория BCS предсказывает, что размер сверхпроводящей запрещенной зоны для обычных сверхпроводников при нулевых температурных масштабах с их критической температурой : [3] (с постоянной Больцмана ).
Псевдощель
Если плотность состояний подавляется вблизи энергии Ферми, но не обращается в нуль полностью, то это подавление называется псевдощелью . Псевдощели экспериментально наблюдаются в различных классах материалов; Ярким примером являются купратные высокотемпературные сверхпроводники . [4]
Жесткий зазор против мягкого зазора
Если плотность состояний исчезает в расширенном диапазоне энергий, это называется жесткой щелью. Если вместо этого плотность состояний точно исчезает только для одного значения энергии (при этом подавляется, но не исчезает для близких значений энергии), то это называется мягкой щелью. Прототипным примером мягкой щели является кулоновская щель, которая существует в локализованных электронных состояниях с кулоновским взаимодействием. [5]
Рекомендации
- ^ a b Нил Н. Эшкрофт ; Н. Дэвид Мермин (1976). Физика твердого тела . Колледж Сондерса. ISBN 0-03-083993-9.
- ^ а б Чарльз Киттель (1996). Введение в физику твердого тела (7-е изд.). Джон Вили и сыновья. ISBN 0-471-11181-3.
- ^ а б Майкл Тинкхэм (1996). Введение в сверхпроводимость (2-е изд.). Макгроу-Хилл. ISBN 0-07-064878-6.
- ^ Тимуск, Том; Статт, Брайан (1999). «Псевдощель в высокотемпературных сверхпроводниках: экспериментальный обзор». Rep. Prog. Phys . 62 : 61–122. arXiv : cond-mat / 9905219 . Bibcode : 1999RPPh ... 62 ... 61T . DOI : 10.1088 / 0034-4885 / 62/1/002 .
- ^ Эфрос, Алабама ; Шкловский Б.И. (1975). «Кулоновская щель и низкотемпературная проводимость неупорядоченных систем». J. Phys. C: Физика твердого тела . 8 : L49. Bibcode : 1975JPhC .... 8L..49E . DOI : 10.1088 / 0022-3719 / 8/4/003 .