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sunhan

木虫 (正式写手)

[求助] 关于布里渊区的问题

请问为什么会存在布里渊区?布里渊区为理解晶体提供了什么方便?
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新虫 (初入文坛)

【答案】应助回帖

★ ★ ★ ★ ★
感谢参与,应助指数 +1
sunhan: 金币+5, ★★★★★最佳答案 2014-01-12 18:42:34
波矢空间
固体的能带理论中,各种电子态按照它们的波矢分类。在波矢空间中取某一倒易点阵为原点,作所有倒易点阵矢量的垂直平分面,这些面波矢空间划分为一系列的区域:其中最靠近原点的一组面所围的闭合区称为第一布里渊区;在第一布里渊区之外,由于一组平面所包围的波矢区叫第二布里渊区;依次类推可得第三、四、…等布里渊区。各布里渊区体积相等,都等于倒易点阵的元胞体积。周期结构中的一切波在布里渊区界面上产生布拉格反射,对于电子德布罗意波,这一反射可能使电子能量在布里渊区界面上(即倒易点阵矢量的中垂面)产生不连续变化。根据这一特点,1930年L.-N.布里渊首先提出用倒易点阵矢量的中垂面来划分波矢空间的区域,从此被称为布里渊区。
第一布里渊区
第一布里渊区就是倒易点阵的维格纳-赛茨元胞,如果对每一倒易点阵作此元胞,它们会毫无缝隙的填满整个波矢空间。由于完整晶体中运动的电子、声子、磁振子、……等元激发(见固体中的元激发)的能量和状态都是倒易点阵的周期函数,因此只需要用第一布里渊区中的波矢来描述能带电子、点阵振动和自旋波……的状态,并确定它们的能量(频率)和波矢关系。限于第一布里渊区的波矢称为简约波矢,而第一布里渊区又叫简约区,在文献中不加定语的布里渊区指的往往就是它。
布喇菲点阵
布里渊区的形状取决于晶体所属布喇菲点阵的类型。简单立方、体心立方和面心立方点阵的简约区分别为立方体,菱十二面体和截角八面体(十四面体)。它们都是对称的多面体,并具有相应点阵的点群对称性,这一特征使简约区中高对称点的能量求解得以简化(见晶体的对称性)。
2简约布里渊区简约布里渊区(Reduced Brillouin zone):
由于晶体中的格波或者电子波的色散关系在波矢空间是周期为π/a的周期性函数(例如,E(k) = E(k+n/a),则k和k+n/a表示相同的状态;因此可把波矢限制在第一Brillouin区(-π/a < q < π/a ) 内,而将其他区域通过移动n/a而合并到第一Brilouin区;在考虑能带结构时, 只需要讨论第一Brilouin区就够了。这时的第一Brillouin区也就称为简约布里渊区。
简约布里渊区中的一个波矢可能对应有几个不同的能量状态。该区域内的波矢即称为简约波矢。简约布里渊区的形状因晶体结构而异;实际上可由晶格的倒格子的Wigner-Seitz原胞给出。金刚石结构的Si、Ge和闪锌矿结构的Ⅲ-Ⅴ族半导体等, 都具有面心立方Bravais格子, 因此都具有体心立方的倒格子, 从而也都具有相同形状的第一Brilouin区, 为截角八面体(即是由6个正方形和8个正六边形构成的14面体)。
3布里渊区的特殊k点采样问题研究
2楼2013-10-27 13:11:45
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