Khối lượng hiệu dụng

Khối lượng hiệu dụng là khái niệm sử dụng trong vật lý chất rắn dưới mô hình cơ học lượng tử nhằm mô tả chuyển động của điện tử, lỗ trống hoặc các vi hạt trong trường tinh thể hoặc các trường điện từ. Để hiểu rõ hơn về điều này mời các bạn tham khảo tài liệu Khối lượng hiệu dụng sau đây.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Khối lượng hiệu dụng25/3/2015 Khối lượng hiệu dụng – Wikipedia tiếng ViệtKhối lượng hiệu dụngBách khoa toàn thư mở WikipediaKhối lượng hiệu dụng (tiếng Anh: effective mass) là khái niệm sử dụng trong vật lý chất rắn dưới mô hình cơhọc lượng tử nhằm mô tả chuyển động của điện tử, lỗ trống hoặc các vi hạt trong trường tinh thể hoặc cáctrường điện từ. Với mô hình này, các tính chất động học của hạt có thể xác định như bài toán cơ học Newtoncho các hạt vĩ mô, mà ở đó các định luật Newton có thể áp dụng được. Khối lượng hiệu dụng có thể dươnghoặc âm, có thứ nguyên là thứ nguyên của khối lượng và phụ thuộc vào trạng thái của hạt, và là một tensơ[1]. Mục lục 1 Khái niệm về khối lượng hiệu dụng 2 Khối lượng hiệu dụng trong một số chất bán dẫn 3 Chứng minh thực nghiệm 4 Chú thích 5 Xem thêmKhái niệm về khối lượng hiệu dụngKhi một vi hạt (mà điển hình là điện tử) chuyển động trong không gian tự do, các chuyển động của nó có thểtính toán qua các định luật Newton. Tuy nhiên, khi nó chuyển động trong chất rắn, dưới tác dụng của lực tươngtác với các nguyên tử, trường thế tuần hoàn của tinh thể thì chuyển động của nó không còn có thể mô tả qua cơhọc cổ điển (mà chủ yếu là các định luật Newton). Với việc sử dụng khái niệm khối lượng hiệu dụng, ta có thểáp dụng các định luật Newton của cơ học cổ điển.Khối lượng hiệu dụng (meff) được định nghĩa thông qua định luật 2 Newton:Trong cơ học lượng tử, khi điện tử truyển động trong điện trường E, thì gia tốc al theo trục tọa độ l sẽ đượccho bởi:với là hằng số Planck rút gọn, là véctơ sóng ( = cho điện tử tự do), là năng lượngnhư một hàm của véctơ sóng . Năng lượng phụ thuộc vào véctơ sóng tùy thuộc vào trạng thái của điệntử (tồn tại ở vùng năng lượng nào?...), ví dụ như ở đỉnh vùng hóa trị của Silicon, quan hệ có thể là [2]:Khối lượng hiệu dụng có quan hệ với năng lượng theo công thức:http://vi.wikipedia.org/wiki/Kh%E1%BB%91i_l%C6%B0%E1%BB%A3ng_hi%E1%BB%87u_d%E1%BB%A5ng 1/325/3/2015 Khối lượng hiệu dụng – Wikipedia tiếng ViệtNhư vậy, khối lượng hiệu dụng tỉ lệ tuyến tính với khối lượng tĩnh của điện tử (me), có thể mang giá trị âm,dương hoặc vô cùng, tùy thuộc vào trạng thái của điện tử, và không trùng với khái niệm khối lượng rút gọntrong cơ học cổ điển.Khái niệm khối lượng hiệu dụng đặc biệt hữu ích trong các tính toán về vận chuyển trong chất rắn đặc biệt làtrong các hệ vận chuyển trong hàm thế thay đổi, và trong các tính toán về mật độ trạng thái.Khối lượng hiệu dụng trong một số chất bán dẫnBảng dưới đây liệt kê khối lượng hiệu dụng của điện tử và lỗ trống ở một số chất bán dẫn trong điều kiện nhiệtđộ rất thấp (bán dẫn thuần)[3],[4], hoặc chi tiết hơn có thể tham khảo tại [5] Vật liệu Khối lượng hiệu dụng của điện tử Khối lượng hiệu dụng của lỗ trống Nhóm IV Si (4.2K) 1.08 me 0.56 me Ge 0.55 me 0.37 me Bán dẫn hợp chất III-V GaAs 0.067 me 0.45 me InSb 0.013 me 0.6 me Bán dẫn hợp chất II-VI ZnO 0.19 me 1.21 me ZnSe 0.17me 1.44 meChứng minh thực nghiệmTrong thực nghiệm, để đo khối lượng hiệu dụng của điện tử trong các chất, người ta thường sử dụng kỹ thuậtcộng hưởng cyclotron điện tử mà ở đó phổ hấp thụ sóng viba của một mẫu bán dẫn trong từ trường sẽ đạt cựcđại khi tần số sóng viba trùng với tần số cộng hưởng cyclotron:Ngoài ra, khối lượng hiệu dụng có thể được xác định từ việc xác định vùng năng lượng thông qua phép đo phátxạ quang phân giải góc, hoặc sử dụng hiệu ứng de Hass-van Alphen; hoặc xác định từ hệ số trong dải phụ thuộctuyến tính của nhiệt dung đẳng tích điện tử ở nhiệt độ thấp. Ngoài ra, khối lượng hiệu dụng có thể được xác địnhtừ các phép đo vận chuyển (ví dụ như xác định độ linh động của hạt tải điện).Chú thích 1. ^ Charles Kittel (1996). Introduction to Solid State Physics (http://books.google.com/books? as_isbn=0471111813) (ấn bản 7). Wiley. tr. Eq. 29, p. 210. ISBN 0-471-11181-3. 2. ^ See Kittel, op. cit. p. 214http://vi.wikipedia.org/wiki/Kh%E1%BB%91i_l%C6%B0%E1%BB%A3ng_hi%E1%BB%87u_d%E1%BB%A5ng 2/325/3/2015 Khối lượng hiệu dụng – Wikipedia tiếng Việt 3. ^ S.Z. Sze, Physics of Semiconductor Devices, ISBN 0-471-05661-8. 4. ^ W.A. Harrison, Electronic Structure and the Properties of Solids, ISBN 0-486-66021-4. 5. ^ The semiconductor information. (http://www.semiconductors.co.uk/propiviv5431.htm)Xem thêm Cơ học lượng tử Vật lý chất rắn Tinh thể Chất bán dẫnLấy từ “http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Khối_lượng_hiệu_dụng&oldid=19608589”Thể loại: Cơ học lượng tử Vật lý chất rắn Vật lý vật chất ngưng tụ Trang này được sửa đổi lần cuối lúc 13:01 ngày 19 tháng 9 năm 2014. Văn bản được phát hành theo Giấy phép Creative Commons Ghi công/Chia sẻ tương tự; có thể áp dụng điều khoản bổ sung. Xem Điều khoản Sử dụng để biết thêm chi tiết. Wikipedia® là thương hiệu đã đăng ký của Wikimedia Foundation, Inc., một tổ chức phi lợi nhuận.http://vi.wikipedia.org/wiki/Kh%E1%BB%91i_l%C6%B0%E1%BB%A3ng_hi%E1%BB%87u_d%E1%BB%A5ng 3/3 ...