Диэлектрики полупроводники, металлы - Слэтер Дж.
Скачать (прямая ссылка):
послевоенного периода. Второй способ заключается в том, чтобы включить в
самый текст книги многочисленные перечни авторов с указанием дат статей,
относящихся к тем или иным конкретным темам. Эти перечни могут служить
указателями к основной библиографии, в которой приведены более подробные
литературные ссылки. При всем своем большом объеме наш библиографический
список далеко не полон. В оправдание я могу сказать лишь, что он
настолько полон, насколько автор мог этого добиться, не отказываясь от
попытки закончить книгу; к тому же он занимает так много ме-
¦) J. С. S 1 a t е г, Rev. Mod. Phys., 30, 197 (1958).
Предисловие
11
ста, что может, вероятно, угодить на все вкусы. Так же, как и в
предыдущих томах этой серии, я полагаю, что библиографический список
становится значительно полезнее, если включить в него и названия статей,
а не только наименования журналов и номера страниц.
Как и в предыдущих книгах этой серии, я хочу выразить свою
признательность моим коллегам по Группе теории твердого тела и теории
молекул в Массачусетском технологическом институте, а также моим новым
коллегам по Отделу квантовой теории в Университете шт. Флорида за их
помощь в связи с данной работой. Я хотел бы поблагодарить также
Национальный научный фонд за поддержку как в Массачусетсе, так и в
Джейнсвилле. Я благодарен Отделу военно-морских исследований за помощь
Массачусетскому технологическому институту, которая сделала возможным
существование исследовательских групп и сильно способствовала развитию
тех областей физики, о которых я писал в этих томах.
Дж. Слэтер
Глава I
ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ, ПРИБЛИЖЕНИЕ СВОБОДНЫХ ЭЛЕКТРОНОВ
§ 1. Теория, металлов по Друде - Лорентцу
Одна из задач настоящей книги заключается а том, чтобы показать, какой
гигантский скачок в исследовании твердого гела произошел в связи с
появлением квантовой механики, в частности вследствие развития зонной
теории, уже обсуждавшейся в т. 2 I1]1). Классификация твердых тел на
диэлектрики, металлы и промежуточный класс полупроводников является одним
из самых очевидных фактов в физике твердого тела. Эта классификация
основывается в первую очередь на величине электропроводности, но влечет
за собой и некоторые выводы относительно оптических свойств вещества.
Действительно, диэлектрики прозрачны, металлы непрозрачны в видимой
области, полупроводники непрозрачны в видимой области, но становятся
прозрачными в инфракрасной. До развития зонной теории, последовавшего
сразу же после создания квантовой механики в 1926 г., мы не могли ясно
понять причину такого различия. Правда, имелись указания, что
металлические свойства определяются наличием свободных электронов, а тот
факт, что в изолированных атомах металла электроны легко отрываются от
атома, давал основание считать электроны в кристалле свободными.
Напротив, диэлектрики могли бы состоять из ионов со структурой инертного
газа, неспособных легко терять электроны и превращаться в проводники.
Однако это были смутные и чисто качественные идеи.
В течение очень короткого времени после 1926 г. эти загадки были
полностью разъяснены, и мы получили довольно четкое представление о
различии между этими веществами. Как уже говорилось в первых двух томах
этой серии, диэлектрики - это вещества, нижние энергетические зоны
которых полностью заполнены, а пустые верхние зоны отделены от них
достаточно широкими запрещенными промежутками. В металлах, напротив,
верхние зоны заполнены лишь частично, вплоть
') Том 2 этой серии пока не переведен на русский язык. В дальнейшем
ссылки на него будут по возможности заменяться ссылками на эквивалентные
русские издания. Для ознакомления с основами зонной теории можно
рекомендовать, например, книги [21_23].- Прим. ред.
14
Гл. 1. Теория электропроводности
до энергии Ферми,-а все уровни, лежащие выше, пусты. В полупроводниках,
как и в диэлектриках, имеются запрещенные зоны, но значительно более
узкие - такие, что инфракрасный квант с энергией hv обычно способен
перевести электрон из нижней заполненной зоны (валентной) в ближайшую
верхнюю незаполненную (зону проводимости).
Теория, однако, продвинулась значительно дальше и притом очень быстро.
Это произошло потому, что к 1926 г., когда появилась квантовая механика,
уже существовала хорошо развитая теория твердого тела. В применении ко
многим свойствам кристаллов теория имела уже практически тот же вид, что
и в настоящее время. В результате квантовая механика, хотя она еще далека
от полного объяснения всех свойств твердого тела, составила нечто вроде
заключительного штриха, позволившего объединить все существовавшее тогда
теории в единое целое. Это и составило основу дальнейшего многостороннего
и быстрого развития. Почти невозможно понять современную теорию твердого
тела, ше зная этих ранних аспектов теории, созданной до 1926 г. Именно
поэтому в настоящем томе мы обратим особое внимание на основные черты
старой теории твердого тела, которые вошли и в наши современные
