18.能带与超导
超导体的原理与应用有哪些
超导体的原理与应用有哪些1. 超导体的原理超导体是指在低温下，电阻为零的特殊材料。
它的超导性质是由两个基本原理支撑的：电子配对和库珀对的形成。
1.1 电子配对在超导体中，电子之间存在一种称为库珀对的配对行为。
库珀对的形成是由于超导体内部存在一种叫做声子的元激发粒子，它们通过晶格振动使得电子之间相互吸引产生了配对。
1.2 零电阻由于配对形成了库珀对，这些配对的电子在超导体中可以形成一个巨大的电子波函数，从而使电子之间不存在碰撞。
这导致了超导体中电流的无阻力传输，即零电阻现象。
2. 超导体的应用超导体的独特性质使得它在众多领域都有广泛的应用。
以下是一些主要的应用领域：2.1 磁共振成像 (MRI)超导体可以用于制造强磁场，而磁共振成像是一种利用强磁场和射频脉冲来获取人体内部结构信息的技术。
超导体用作MRI托盘可以提供更强的磁场稳定性和均匀性，从而提高成像的精度和质量。
2.2 磁浮列车超导体的零电阻特性使其成为制造磁浮列车的理想材料。
磁浮列车利用超导体的磁场反应特性，可以实现列车与磁轨之间的无接触悬浮，并通过利用磁力推动列车的运动。
这种方式的交通工具速度快、无摩擦、低能耗，被认为是未来城市交通的发展方向。
2.3 磁能存储超导体可以用于制造磁能存储设备，例如超导磁能储存器。
超导磁能储存器可以将电能转化为磁能，然后通过断开超导体电路来存储这些磁能，以便后续使用。
这种储能方式比传统的化学电池储能更加高效、可靠和环保。
2.4 加速器与聚变装置超导体可以用于制造粒子加速器和聚变装置。
粒子加速器利用超导体中形成的巨大磁场来加速粒子，从而实现高速碰撞实验。
聚变装置则利用超导体制造的强磁场来限制和控制等离子体以实现核聚变反应，提供清洁能源的解决方案。
2.5 其他应用此外，超导体还有许多其他应用，包括：医疗设备、量子计算机、电力输电、研究领域等。
超导体的研究和应用仍在不断发展中，未来可能还会有更多新的应用领域出现。
总结超导体的原理基于电子配对和库珀对的形成，通过零电阻使电流无阻力传输。
高温超导体的电子结构与能带关系研究
高温超导体的电子结构与能带关系研究高温超导体是指在相对较高的温度下表现出超导现象的材料，对于解决能源与电力传输领域的问题具有重要意义。
了解高温超导体的电子结构与能带关系对于揭示其超导性质和提高其性能至关重要。
本文将讨论高温超导体的电子结构特点、能带结构以及相关研究进展。
电子结构特点高温超导体多为复杂氧化物，在探索其电子结构特点时，我们首先需要研究材料的晶格结构。
复杂氧化物一般采用立方晶格结构，其晶胞中有一种或多种金属阳离子离子，如铜、铁、镍等，以及氧的阴离子。
电子结构特点主要表现在材料的费米面形状和电子态密度上。
高温超导体的电子态密度非常复杂，其基本特点是存在多个能带，其中价带与导带之间的能隙较小，从而产生了费米面。
费米面上的电子是超导体中的载流子，在超导态下形成库珀对从而表现出超导性。
高温超导体的电子结构受到材料的化学成分、晶格结构和外加压力的影响。
研究人员通过调控这些因素，改变电子结构来寻找更高的超导转变温度。
能带结构研究能带结构研究是理解高温超导体电子结构和超导性机制的重要手段之一。
通过计算方法，可以得到高温超导体的能带结构。
研究表明，高温超导体中的电子结构与费米面形状、能隙的大小以及能带的形态密切相关。
具体来说，高温超导体中常见的d电子轨道在能带结构中起着重要的作用。
这些d电子轨道可以形成复杂的d 带结构，在费米面上形成包裹着散布点和孔穴的结构，在超导态下容易产生库珀对。
此外，由于高温超导体中存在电子自旋和轨道相互作用，其能带结构会受到自旋轨道耦合效应的影响。
自旋轨道耦合是指电子自旋和轨道运动之间的相互作用，它可以导致能带分裂，并在费米面上形成多个能带。
相关研究进展近年来，高温超导体的电子结构与能带关系的研究取得了许多重要进展。
其中，基于能带计算的理论模拟成为研究的重要方法之一。
通过数值计算手段，研究人员可以模拟材料的晶格结构，计算出相应的能带结构，并深入研究材料的电子结构特点。
此外，与能带计算相结合的实验研究也为高温超导体的电子结构与能带关系提供了重要的实验数据。
中考物理超导体知识点总结
中考物理超导体知识点总结一、超导体的基本特性1. 零电阻：在超导体的临界温度以下，电子可以无阻力地穿过超导体，在此状态下电阻为零。
2. 完全磁通排斥：在超导体中，磁场无法穿透，即超导体对磁通的排斥作用达到了完全。
3. 完全磁场排斥：当超导体处于超导状态时，外界磁场会被完全排斥出超导体，使得超导体内部不会有磁场的存在。
4. 临界温度：超导体的临界温度是指处于超导状态的最低温度，高于该温度超导体将失去超导性。
二、超导现象的起因1. 库珀对：超导现象是由库珀对的形成引起的。
在超导体中，电子会通过库珀对的交换来形成配对，这些配对能够穿过晶格而不受电阻。
2. 电子与晶格的相互作用：超导体的晶格结构会对电子的传输产生重要影响，晶格会使电子相互作用受到限制，从而形成库珀对。
三、超导体的应用1. 磁共振成像：超导体磁体用于医学中的磁共振成像（MRI）设备，利用超导体的零电阻和完全磁场排斥特性来产生极强的磁场。
2. 超导电力设备：超导电缆和超导发电机等超导电力设备，利用了超导体的零电阻特性，可以大幅减少电能传输过程中的能量损耗。
3. 磁悬浮列车：超导体的完全磁场排斥特性可以用于磁悬浮列车的悬浮系统，利用超导磁悬浮技术可以实现高速无摩擦地悬浮运行。
4. 超导量子比特：在量子计算领域，超导体被用于制备超导量子比特，可以实现基于量子的信息处理功能。
四、超导体的发展趋势1. 材料研究：目前正在进行对新型超导材料的研究，以期望寻找到更高临界温度的超导体，使其能够在更高的温度下实现超导性。
2. 技术应用：超导体的技术应用不断扩展，例如在能源领域、医学领域、交通运输等方面都存在着广泛的应用前景。
3. 量子技术：超导体在量子计算和量子通信等领域的应用将会成为未来的研究热点，为超导体的发展带来新的动力。
总之，超导体具有许多特殊的物理性质，其在科学研究和技术应用中有着广泛的价值。
通过深入学习超导体的基本特性和应用，有助于我们更好地理解超导现象，并预见超导技术的未来发展方向。
第二章 能带理论
第二章 能带理论 *能带：在完整的晶体中运动的的电子，其能谱值是一些密集的能级组成的带，这种带称能带。
能带与能带之间被能量禁区分开。
其中，0K 时完全空着的最低能带称导带，完全被电子占满的最高能带称价带，二者间的能量禁区称禁带。
*能带理论：又称固体能带理论。
是关于晶体中电子运动状态的一种量子力学理论。
其预言晶体中电子能量总会落在某些限定范围或“能带”中。
晶体的电学、光学和磁学等性质都与电子的运动有关，在研究这些问题时，都要用到能带理论。
能带理论成功地解释了金属、半导体和绝缘体之间的差别，解释了霍耳效应现象。
半导体物理学就是建立在能带理论基础之上的。
随着实验技术的发展，人们通过回旋共振、电光、磁光、光谱等手段已成功地测定了许多晶体的电子能带结构。
特别是近年来由于计算机技术的广泛应用，在理论上已可以对电子的能带结构进行更为精确的计算。
尽管如此，由于能带理论毕竟是经过许多简化后的近似理论，所以其只适于有序晶体，并且即使对于有序晶体，当其结构较为复杂时，能带理论处理起来往往也显得有些困难。
§2-1 晶体的薛定谔方程及其近似解一．薛定谔方程。
晶体由大量原子周期性排列构成，原子由原子核和核外电子组成。
由于内层电子不参与晶体的物理过程，因此可认为晶体是由原子最外层电子和失去电子的离子组成的。
若用i r r r r ,,,321表示电子的位矢、用 j R R R R ,,,321表示失去电子的离子的位矢，则晶体定态薛定谔方程为：ψψE H =（2-1）式中ψ为波函数，E 为能量本征值，H是哈密顿算符，且：V u u u T T H eZ Z e Z e+++++= （2-2） 式中 )2(22i ii i e m T T ∇-==∑∑为全部电子的动能算符，m 为电子质量，2222222ii i iz y x ∂∂+∂∂+∂∂=∇为第i 个电子的拉普拉斯算符。
)2(22ααααα∇-==∑∑M T T Z为全部离子的动能算符，αM 为离子质量，2α∇为第α个离子的拉普拉斯算符。
超导系统中的费米面与能带填充分析
超导系统中的费米面与能带填充分析超导系统指的是在低温条件下，电阻消失的材料。
在超导现象的研究中，费米面与能带填充是非常重要的概念。
本文将从一个简单的背景介绍开始，然后详细讨论费米面和能带填充在超导系统中的作用和研究方法。
从经典物理的角度来看，电子在固体中的运动可以用动量和能量来描述，其中能量从下至上连续地填充到各自对应的能级上。
费米面是一个在能带图中描述电子运动状态的面，它是在填充电子数目固定的情况下，对应于电子能量最高的面。
费米面以下的电子被称为价电子，而费米面以上的电子被称为导电子。
在超导现象的研究中，费米面的特性对于确定超导材料的性质非常重要。
根据BCS（Bardeen-Cooper-Schrieffer）理论，超导现象是由于价电子与导电子之间发生电子配对形成所谓的库珀对，而导致电阻消失。
因此，对于找到合适的超导材料，理解费米面的结构和性质是至关重要的。
对于超导系统中的费米面，有几种常见的描述方法。
一种方法是使用动量空间。
动量空间描述了电子的动量分布情况，其中费米面对应于填充电子的动量状态。
另一种方法是使用能量空间。
能量空间描述了电子的能量分布情况，其中费米面对应于最高占据能级和最低未占据能级之间的分界面。
通过实验技术，如角度分辨光电子能谱（ARPES）和电子能谱分析等，可以对超导系统中的费米面进行测量和研究。
ARPES技术可以直接测量材料中电子的动量和能量分布情况，从而得到费米面的形状和位置。
与传统的电阻测量方法相比，ARPES技术可以提供更高分辨率的费米面图像，从而更准确地研究超导材料的性质。
除了费米面，能带填充也是超导系统中的重要概念。
在填充某些特定能带的情况下，超导材料会表现出不同的物理性质。
例如，当填充数接近半满时，常常会出现铁基超导体等高温超导材料。
同样地，填充数接近整数时，也可能出现新奇的量子效应，如拓扑超导。
为了理解能带填充对超导性质的影响，一种常用的方法是调控填充数。
通过在材料中引入杂质，或调节外部参数（如压力或化学成分），可以改变材料的能带结构和填充数。
研究生课件-能带理论
这一能级分裂成由 N条能级组成的能带后， 能带最多能容纳 2N(2l +1)个电子。
6
2N(2l+1)
例如，1ｓ、2ｓ能带，最多容纳 2N个电子。 2ｐ、3ｐ能带，最多容纳 6N个电子。
电子排布时，应从最低的能级排起。
有关能带被占据情况的几个名词：
计算表明： U0b 的数值越大所得到的能带越窄。 由于原子的内层电子受到原子核的束缚较大， 与外层电子相比，它们的势垒强度较大。
所以，内层电子的能带较窄。 外层电子的能带较宽。
26
从 E ~ k 曲线还可以
E
看出： k 值越大，
相应的能带越宽。
E7
k n 2 n 2
Na L (n 0,1,2,)
maU 2
0b
sin
a
a
cos
(
a)
cos(ka)
(4)
式中
2mE
而 k 2 是电子波的角波数*。
（4）式就是电子的能量 E 应满足的方程,也是电子
能量 E与角波数 k 之间的关系式。
注*：有兴趣的读者可参阅〈固体物理基础〉
蔡伯熏编（1990）P 268。
21
maU 2
0b
s
in
a
由周期性边界条件可以推出:布洛赫波函数 的
波数 k 只能取一些特定的分立值。
13
证明如下:
由周期性边界条件 k ( x) k ( x Na)
(3)
按照布洛赫定理：
左边为 右边为
k ( x) ei k xuk ( x)
k
(
x
Na )
超导现象的原因
超导现象的原因超导现象的原因超导现象是一种物理现象，指的是在低温下某些物质的电阻为零。
这种特殊的电性质使得超导材料在电子学、磁学等领域有着广泛的应用。
那么，超导现象的原因是什么呢？本文将从以下几个方面进行分析。
1. 超导材料的基本特征超导材料具有以下基本特征：（1）在临界温度下，电阻突然变为零。
（2）在外加磁场下，磁通量会被限制在一定范围内。
（3）当外加磁场强度达到一定值时，材料会失去超导性。
这些特征表明，超导现象与材料中电子和磁场之间的相互作用密切相关。
2. 超导理论超导理论最早由荷兰物理学家卡末林于1911年提出。
他认为，在低温下，金属中自由电子会形成一种“电子气体”，这种气体可以通过库伦相互作用而形成一个稳定的状态。
在这个状态下，自由电子可以组成“库伦对”，这些库伦对可以在材料中自由移动，而不受电阻的影响。
后来，英国物理学家BCS提出了一种更加完整的超导理论。
他认为，在低温下，金属中的电子会形成一种“库伦相互作用能带”，这种能带具有一个空间波函数。
当两个电子之间的距离很小时，它们会形成一个稳定的“库伦对”，这个库伦对也具有一个空间波函数。
在这个状态下，库伦对可以在材料中自由移动，而不受电阻的影响。
3. 超导现象的原因根据超导理论，超导现象的原因可以归结为以下几点：（1）低温：超导现象只出现在非常低的温度下。
这是因为在高温下，电子之间存在大量热运动，并且杂质和缺陷也会影响电子之间的相互作用。
（2）库伦相互作用：金属中电子之间存在庞大的库伦相互作用力。
当温度足够低时，这些相互作用力可以使得电子形成稳定的库伦对。
（3）空间波函数：BCS理论认为，在低温下，金属中的电子会形成一种能带，这种能带具有一个空间波函数。
当两个电子之间的距离很小时，它们会形成一个稳定的“库伦对”，这个库伦对也具有一个空间波函数。
在这个状态下，库伦对可以在材料中自由移动。
（4）磁场：超导现象还与外加磁场有关。
当外加磁场强度较小时，超导材料可以承受一定程度的磁场。
大学物理中的超导现象超导材料的特性与应用
大学物理中的超导现象超导材料的特性与应用超导现象是指在低温下，某些材料的电阻突然降为零的现象。
这是由于超导材料的电子在低温下能够形成一种特殊的电子对，称为库伯对，这种电子对能够无阻碍地通过材料，从而使得电阻消失。
超导材料具有以下几个主要特性：1. 零电阻：超导材料在超导态下电阻为零，电流可以在材料内部自由流动而不损失能量。
这使得超导材料在电力输送和电子元件中具有极高的应用价值。
通过利用超导材料，电力输送的效率能够大大提高，减少能量损耗。
2. 完全反磁性：超导材料在超导态下表现出完全的反磁性，即能够将外部磁场完全排斥。
这个特性使得超导材料在磁共振成像、磁悬浮等领域得到广泛应用。
3. 邻近效应：超导材料在临界温度附近具有邻近效应，即在超导态和正常态之间存在过渡区域，该区域内电阻的大小随温度的改变而变化。
这种邻近效应可以用来制作超导量子干涉仪和超导量子比特等量子器件。
除了以上的特性，超导材料在磁场中还具有潜在的应用价值。
在高磁场条件下，超导材料可以产生巨大的电流密度，这使得它们在磁体领域得到广泛应用。
超导材料可以制作超导电磁铁，用于医学成像、粒子加速器等领域。
此外，超导材料还可以制作超导电缆、超导发电机等设备，用于实现更高效的能源转换和储存。
超导材料的应用还包括超导传感器、超导量子干涉仪、超导量子计算机等等，这些应用在量子信息科学、精密测量等领域有广泛的前景。
总结起来，大学物理中的超导现象是一种令人着迷的现象。
超导材料具有零电阻、完全反磁性和邻近效应等特性，可以在电力输送、电子元件、磁体、量子器件等领域得到广泛应用。
超导材料的研究和应用对于推动科学技术的发展具有重要意义。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
电子运动,分布不变 电子运动 分布不变
电子运动 ,分布变化 分布变化
1. 导体的能带结构 1)价带为导带 价带为导带 2 1 例： Li 1s 2 s 每个原子一个价电子（ 每个原子一个价电子（2s 态） N个原子共有 个价电子 个原子共有N个价电子 个原子共有 N个 Li 原子形成固体时，2s 能级分裂为能带，有N 个 原子形成固体时， 能级分裂为能带， 个子能级。可容纳2N个电子 成为未满带： 个电子， 个子能级。可容纳 个电子，成为未满带：导带
热端 电子或空穴密度 运动速度 n型 p型 小 大 正 负 冷端 大 小 负 正 T1 热端 金属 电流 n型 型 T0 冷端 p型 型 电流 负 载
集成电路： 集成电路： p-n结的适当组合可以制成具有放大作用的晶体三 结的适当组合可以制成具有放大作用的晶体三 极管以及各种晶体管，制成集成电路、 极管以及各种晶体管，制成集成电路、大规模集成 电路、超大规模集成电路。 电路、超大规模集成电路。 半导体激光器： 半导体激光器： 半导体激光器(也叫激光二极管 是光纤通讯中的重 半导体激光器 也叫激光二极管)是光纤通讯中的重 也叫激光二极管 要光源,在创建现代信息高速公路的工作中起着极 在创建现代信息高速公路 要光源 在创建现代信息高速公路的工作中起着极 重要的作用。 重要的作用。 正向偏压下工作, 正向偏压下工作 激励 电泵) 能源是外加电压 (电泵 电泵 大量载流子跃迁 到较高 能量的能级上。 能量的能级上。 当正向电压大到一定程度时, 当正向电压大到一定程度时 造成粒子数反转, 造成粒子数反转 形成电子 空穴复合发光, 空穴复合发光 由自发辐射 引起受激辐射。 引起受激辐射。
物态
条 件
结 构 完全无序
性
质
对称性
热运动动能 分子相互 气态 >>分子相互 作用势能
无外场时自动趋向 稳定、 稳定、均匀的平衡 无一定形状、 态，无一定形状、 体积。 体积。
最高
热运动动能 “近程有序” 近程有序” 流动性，有一定体 近程有序 流动性， 分子相互 暂时、局部） 液态 ~分子相互 （暂时、局部）积，无一定形状。 无一定形状。 作用势能 非晶体：短 非晶体： 程有序 晶体： 晶体： 长 程有序 各向同性 晶面角守恒， 晶面角守恒， 各向异性 ， 有确定熔点。 有确定熔点。
E
n, l, ml, ms
2. 能带特点 1)能带由准连续的 个子能级组成，能带之间用禁带 能带由准连续的N个子能级组成 能带由准连续的 个子能级组成， 分开，原子数N变化时 能带宽度不变，密度变化。 变化时， 分开，原子数 变化时，能带宽度不变，密度变化。 2)能带宽度随能量增加而增加，随离子对电子约束程 能带宽度随能量增加而增加， 能带宽度随能量增加而增加 度增加而减少。 度增加而减少。
二、超导基本性质 1．直流零电阻性质 ．
将金属环置于磁场中，降低温度成为超导体， 将金属环置于磁场中，降低温度成为超导体，再撤去 磁场。由于电磁感应现象， 磁场。由于电磁感应现象，超导环内产生感应电流。
T
态
实验现象
可持续 上万年
v 2. 完全抗磁性（迈斯纳效应）超导体内 B ≡ 0 完全抗磁性（迈斯纳效应）
§ 超导物理基础
超导电现象的发现
1911年，荷兰莱登 年 大学昂内斯 昂内斯教授在研 大学昂内斯教授在研 究金属电阻随温度变 化规律时发现： 化规律时发现：当温 度降低时汞（ ） 度降低时汞（Hg）的 电阻先是平稳地减小. 电阻先是平稳地减小 但在4.2K附近，电阻 附近， 但在 附近 突然降为零。 突然降为零。
杂质能级接近空带底，其上电子容易受激发进入空 杂质能级接近空带底， 使其电子浓度增大。 带，使其电子浓度增大。
空带 杂质能级
电子 —— 多数载流子
施主
杂质能级 —— 施主能级 价带（ 价带（满） 以电子导电为主
3) p型半导体（四价元素中掺入三价元素） 型半导体（ 型半导体 四价元素中掺入三价元素）
三、揭开超导之谜
巴丁（ 巴丁（J. Bardeen) 库柏（ 库柏（L. Cooper) 施瑞弗（ 施瑞弗（R. Schrieffer) 1. 自然杂志 98年第 期 年第5期 年第
p-n结本身就形成一个光学谐振腔 两个端面相当于 结本身就形成一个光学谐振腔, 结本身就形成一个光学谐振腔 两个反射镜, 适当镀膜后可达到所要求的反射系数, 两个反射镜 适当镀膜后可达到所要求的反射系数 形成激光振荡, 并利于选频。 形成激光振荡 并利于选频。 体积小，极易与光纤结合，成本低，制造方便， 体积小，极易与光纤结合，成本低，制造方便，所 需电压低(只需 只需1.5V)，功率可达 2 mW 需电压低 只需 ，功率可达10
空带 价带
1s 2 2 s 2 2 p 6 3s1
空带 价带
每个原子一个价电子， 每个原子一个价电子，3s 能带形成导带， 能带形成导带，又与空带 重叠，形成更宽导带。 重叠，形成更宽导带。
2. 绝缘体的能带结构 价带为满带，且与空带间的禁带较宽。 价带为满带，且与空带间的禁带较宽。
空带
一般： 一般：从满带到空带激发微不足 可以认为不存在导带。 道，可以认为不存在导带。
空带 空带
∆E=0.1~1.5eV
价带
∆E=0.1~1.5eV
价带
外 场 作 用 下
导带中电子逆电场方向运动 ——电子导电 电子导电 原满带中电子填补空穴 满带中空穴沿电场方向运动 ——空穴导电 空穴导电 “电子 空穴”对为载流子 电子—空穴 电子 空穴”
2) n型半导体（四价元素中掺入五价元素） 型半导体（ 型半导体 四价元素中掺入五价元素）
超导临界温度 ：
超导体从正常态转入 超导态的转变温度 （相变温度Tc ）
理想导体: 理想导体:
晶格完整， 晶格完整，无畸变 无杂质， 无杂质，无缺陷 T=0 K时，电阻为零 时
一般导体: 一般导体:
T=0 K时, 有剩余电阻 0 时 有剩余电阻R
超导体 ：
低温冷却时， 低温冷却时，电阻 突然下降为零
降低
热运动动能 固态 <<分子间相 分子间相 互作用势能
再降低
二、量子力学处理晶体中电子问题的思路 复杂的多体问题 大量离子和电子彼此相互作用 组成系统
m e << m离 ，v e >> v离 ，分开考虑
简化
绝热近似
认为离子与电子不交换能量 多电子问题 简化 自洽场法 考虑其余电子的平均场作用
单电子问题
E N个子能级 个子能级 E N个子能级 个子能级 N个子能级 个子能级
2. 能带特点 3)每个角量子数一定的能带中最多容纳的电子数为： 每个角量子数一定的能带中最多容纳的电子数为： 每个角量子数一定的能带中最多容纳的电子数为 2(2l+1)N 能带被电子填满： 能带被电子填满： 满带 能带未被电子填满： 能带未被电子填满： 导带 空带（激发态能级） 空带（激发态能级） 可为满带 价电子所处的能带—价带 价电子所处的能带—价带 可为导带 4) 能量最小原理：电子总是先填满能量较低的能带。 能量最小原理：电子总是先填满能量较低的能带。 T 0K, 无激发电子 原子所占 无激发电子,原子所占 据的最大能级叫做费米能级 据的最大能级叫做费米能级 完全未被电子填充： 完全未被电子填充：
p p
n n
p-n 结的单向导电性
介绍： 介绍：半导体的其它特性和应用 热敏电阻： 热敏电阻：半导体的电阻随温度的升高而指数下降 由于热激发, 半导体的载流子显著增加， 由于热激发 半导体的载流子显著增加，杂质半 导体尤为显著，电导性随温度变化十分灵敏。 导体尤为显著，电导性随温度变化十分灵敏。 体积小、热惯性小、寿命长，广泛应用于自动控制。 体积小、热惯性小、寿命长，广泛应用于自动控制。 温差电偶：由温度差产生电势差 温差电偶：
p
-+
r E
n
扩散作用
电子 n—p 空穴 p—n
p
eV0
阻挡层电场方向 n 形成阻挡层势垒
V0
电势高处， 电子能带弯曲 ， 电势高处， 电势能低。 电势能低。
• p-n结的单向导电性 结的单向导电性
p p
n n
p: + : n: : p: n: +
阻挡层减弱 势垒降低 多数载流子导电 阻挡层加强 势垒升高 少数载流子导电
杂质能级接近满带顶，满带中电子容易受激发进入 杂质能级接近满带顶， 杂质能级，使满带中空穴浓度增大。 杂质能级，使满带中空穴浓度增大。
空带 受主
杂质能级 价带（ 价带（满） 以空穴导电为主
空穴——多数载流子 多数载流子 空穴 杂质能级——受主能级 杂质能级 受主能级
4） p-n结及其单向导电性 ） 结及其单向导电性 •p-n结的形成及其对扩散的阻挡作用 结的形成及其对扩散的阻挡作用
置于外磁场中的超导体 内磁感应强度恒为零的现 象称为： 象称为： 迈斯纳效应” “迈斯纳效应”
实验现象 磁棒
超导体
超导态铅 浸入液氦
直流零电阻和完全抗磁性（即迈斯纳效应） 直流零电阻和完全抗磁性（即迈斯纳效应）是 超导的两个独立特性，不能由任何一个推知另一个 超导的两个独立特性， 独立特性 的存在。 的存在。 注意 与零电阻现象彼此独立 内部不存在电阻 理想导体 ,超导体 其中磁通量不变 超导体 内部不存在电阻 其中磁通量为零
EF
满
2. 能带特点 5）不同能带有可能重叠 ） 6） 晶体中有杂质或缺陷时，破坏了周期性结构， ） 晶体中有杂质或缺陷时，破坏了周期性结构， 禁带中可能出现杂质能级。 禁带中可能出现杂质能级。 导体， 四.导体，绝缘体，半导体的能带特征 导体 绝缘体， 个电子为例： 以 l = 0 ，即每个子能级至多容纳 2 个电子为例： 导带中的电子运动 满带中的电子运动 可以形成电流 不产生电流