WikiDer > Приближение независимых электронов - Википедия

Independent electron approximation - Wikipedia

В физика конденсированного состояния, то независимое электронное приближение это упрощение, используемое в сложных системах, состоящих из многих электроны, который аппроксимирует электрон-электронное взаимодействие в кристаллах как ноль. Это требование как для модель свободных электронов и модель почти свободных электронов, где он используется вместе с Теорема Блоха.[1] В квантовая механика, это приближение часто используется для упрощения квантового проблема многих тел в одночастичных приближениях.[1]

Хотя это упрощение справедливо для многих систем, электрон-электронные взаимодействия могут быть очень важны для определенных свойств материалов. Например, теория, охватывающая большую часть сверхпроводимость является Теория BCS, в котором притяжение пар электронов друг к другу, названное "Куперовские пары", - это механизм сверхпроводимости. Одним из основных эффектов электрон-электронных взаимодействий является то, что электроны распределяются вокруг ионов так, что они экран ионы в решетке от других электронов.[нужна цитата]

Квантовая обработка

Для примера применимости приближения независимых электронов в квантовая механикарассмотрим N-атомный кристалл с одним свободным электроном на атом (каждый с атомный номер Z). Пренебрегая вращением, Гамильтониан системы принимает вид:[1]

, куда это приведенная постоянная Планка, е он элементарный заряд, ме это масса покоя электрона, и это градиент оператор для электрона я. Заглавные это ярешетка местоположение (положение равновесия я-го ядра) и строчные это я-я электронная позиция.

Первый член в скобках называется оператор кинетической энергии в то время как последние два просто Кулоновское взаимодействие термины для электрон-ядерных и электрон-электронных взаимодействий соответственно. Если бы электрон-электронным членом можно было пренебречь, гамильтониан можно было бы разложить на набор N разделенные гамильтонианы (по одному на каждый электрон), что значительно упрощает анализ. Член электрон-электронного взаимодействия, однако, предотвращает это разложение, гарантируя, что гамильтониан для каждого электрона будет включать члены для положения каждого другого электрона в системе.[1] Однако, если член электрон-электронного взаимодействия достаточно мал, члены кулоновского взаимодействия могут быть аппроксимированы эффективным потенциальным членом, который не учитывает электрон-электронные взаимодействия.[1] Это известно как независимое электронное приближение.[1] Теорема Блоха опирается на это приближение, устанавливая эффективный потенциальный член периодическим потенциалом вида что удовлетворяет , куда есть ли обратная решетка вектор (см. Теорема Блоха).[1] Это приближение может быть формализовано методами из Приближение Хартри-Фока или же теория функционала плотности.[1]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм час Гирвин, Стивен М .; Ян, Кун (2019). Современная физика конденсированного состояния (1-е изд.). Издательство Кембриджского университета. С. 105–117. ISBN 978-1-107-13739-4.
  • Омар, М. Али (1994). Элементарная физика твердого тела, 4-е изд. Эддисон Уэсли. ISBN 978-0-201-60733-8.