Bài giảng Vật lí chất rắn - Chương 3: Khí electron tự do, mặt Fermi (Phần 3)

Bài giảng Vật lí chất rắn - Chương 3: Khí electron tự do, mặt Fermi (Phần 3) cung cấp cho học viên những kiến thức về sự dẫn điện của electron, định luật Ohm; sự dẫn nhiệt của electron, định luật Wiedemann Franz;... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Vật lí chất rắn - Chương 3: Khí electron tự do, mặt Fermi (Phần 3) VẬT LÍ CHẤT RẮN Phạm Đỗ Chung Bộ môn Vật lí chất rắn – Điện tử Khoa Vật lí, ĐH Sư Phạm Hà Nội 136 Xuân Thủy, Cầu Giấy, Hà NộiPHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 Chương 3 Khí electron tự do, mặt Fermi 1. Khí electron cổ điển (mô hình Drude) 2. Khí electron lượng tử (mô hình Sommerfeld) 3. Nhiệt dung của khí electron, nhiệt dung của kim loại 4. Sự dẫn điện của electron, định luật Ohm 5. Sự dẫn nhiệt của electron, định luật Wiedemann FranzPHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 2 Khí electron tự do Electron Mạng không gian Mạng tinh thể Gốc Các cấu trúc xếp chặt Gốc hình Các loại tinh cầu cứng thể (ion,…) Gốc tương tác lẫn nhau Gốc dao động Dao động mạngPHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 3 4. Sự dẫn điện của electron, định luật Ohm Electron tự do đặt trong điện trường và từ trường ?? ?? Ԧ ? = ? = ℏ = −e(?+?Ԧ × ?) ?? ?? ?? = −???/ℏPHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 4 4. Sự dẫn điện của electron, định luật Ohm Electron tán xạ với sai hỏng mạng&phonon nên sau một khoảng thời gian ? mặt cầu Fermi sẽ dịch một khoảng ?? ổn định: ?? = −???/ℏ Vận tốc chuyển động có hướng của electron là: ?Ԧ = −???/? Nếu mật độ electron của tinh thể là n ta có: ?Ԧ = ?? ?Ԧ = ?? 2 ??/? ?? 2 ?? ?? 2 ? ?Ԧ = = ?? ⟹ ? = ? ?PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 5 4. Sự dẫn điện của electron, định luật Ohm m ?= 2 ?? ? Trong lí thuyết lượng tử: • Chỉ những electron dẫn có vectơ sóng k nằm trên mặt Fecmi (hoặc rất gần mặt Fecmi) mới tham gia vào sự dẫn điện và có đóng góp vào điện dẫn suất. • τF là thời gian đặc trưng cho quá trình tán xạ ứng với giá trị năng lượng trên mức Fecmi. ? = ?? ? ? 4K = 0,3cm ?? = 1,57 × 108 cm/? ? 300K = 3 × 10−6 cmPHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 6 4. Sự dẫn điện của electron, định luật Ohm Điện trở suất của kim loại theo nhiệt độ 1 1 1 = + ? ?? ?i ? = ?? + ?? 300K ?? điện trở suất do tán xạ trên phonon 4K ?? điện trở suất do tán xạ trên tạp chất và sai hỏng Điện trở suất thay đổi theo nhiệt độ như thế nào ở gần 0K Điện trở suất phụ thuộc nhiệt độ như thế nào khi T lớn hơn nhiệt độ DebyePHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 7 4. Sự dẫn điện của electron, định luật Ohm Electron tự do trong từ trường đều: ?Ԧ = −e(?+?Ԧ × ?) ? 1 ℏ + ?? = ?Ԧ dt ? ? 1 ? + ?? = −e(?? + ??? ) dt ? ? 1 ? + ?? = −e(?? − ??? ) dt ? ? 1 ? + ?? = −e?? dt ?PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 8 4. Sự dẫn điện của electron, định luật Ohm Vận tốc của electron tự do trong từ trường đều: ?? ?? =− − ?? − ?? ??? ? ?? ?? = − ?? + ?? ??? ? ?? ?? = − ?? ? ?? ?? = − ?? Tần số cộng hưởng cycl ...