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1、高等固体物理无序本讲稿第一页，共八十二页2.1 2.1 无序系统无序系统1.无序无序体系的性质不再能以长程有序的理想晶体作为零级近似，体系的性质不再能以长程有序的理想晶体作为零级近似，无序作为微扰来解释的情形。无序作为微扰来解释的情形。2.2.无序的类型无序的类型 （1)1)成分无序成分无序 （2)2)位置无序位置无序 （3)3)拓扑无序拓扑无序(a)(a)晶态晶态(b)(b)成分无序成分无序位置无序位置无序(d)(d)拓扑无序拓扑无序本讲稿第二页，共八十二页3.3.无序的形成无序的形成T TTgTgTfTfTbTb晶体晶体玻璃玻璃玻璃化转变玻璃化转变气体气体液体液体V V10101212a
2、a10103 3s s1010-12-12s s原子（或分子）的驰豫时间原子（或分子）的驰豫时间：体系中原子（分子）进行结构构造重新排列的时体系中原子（分子）进行结构构造重新排列的时间间.系统从系统从TfTfTgTg所需时间所需时间tt 峰展宽峰展宽任何非晶结构模型，首先要符合任何非晶结构模型，首先要符合RDFRDFPDFPDF可以从衍射实验结果通过富氏变换可以从衍射实验结果通过富氏变换而得到而得到单色单色X X射线、电子束、中子束射线、电子束、中子束本讲稿第六页，共八十二页以以X X射线衍射为例，说明射线衍射为例，说明PDFPDF的实验测量公式的实验测量公式非晶整体非晶整体一个一个单单胞胞
3、结结构因子：构因子：本讲稿第七页，共八十二页本讲稿第八页，共八十二页AsAs2 2S S3 3 玻璃：短程序玻璃：短程序N(As)=3,N(S)=2-XN(As)=3,N(S)=2-X衍射衍射RDF-N=2.4 RDF-N=2.4 加权平加权平均均本讲稿第九页，共八十二页扩展扩展X X射线吸收精细结构谱射线吸收精细结构谱(EXAFS)(EXAFS)X X射线吸收：各种元素的吸收系数随射线吸收：各种元素的吸收系数随X X射线波长射线波长(能量能量)的变化的变化E E增加，吸收系数减少。每种元素在某些特定能量处出现增加，吸收系数减少。每种元素在某些特定能量处出现吸收系数突变吸收系数突变 吸收边吸收
4、边EXAFSEXAFS是指在吸收边高能侧一定的能量间隔内，出现吸收系数随是指在吸收边高能侧一定的能量间隔内，出现吸收系数随X X射线能量增大而振荡变化的现象。振荡可延伸到高于吸收边射线能量增大而振荡变化的现象。振荡可延伸到高于吸收边103 eV103 eV处处包含结构信息包含结构信息 (1929(1929发现，发现，7070年代建立和完善）年代建立和完善）E E吸收边吸收边精细结构精细结构本讲稿第十页，共八十二页凝聚态物质：由于吸收原子周围存在其他原子，它所射出的凝聚态物质：由于吸收原子周围存在其他原子，它所射出的光电子被近邻原子散射，形成背散射波。出射波与背散射波光电子被近邻原子散射，形成背
5、散射波。出射波与背散射波在吸收原子处发生干涉。在吸收原子处发生干涉。只有同种原子的散射波才能与出射波发生干涉。只有同种原子的散射波才能与出射波发生干涉。出射和背散射波的相位差随光电子的德布洛意波长出射和背散射波的相位差随光电子的德布洛意波长(依赖于依赖于X X射射线能量线能量)变化而发生变化变化而发生变化-原子末态波函数振荡变化原子末态波函数振荡变化：凝聚态物质中某组元的：凝聚态物质中某组元的X X射线吸收系数射线吸收系数：组元出于自由原子态的吸收系数：组元出于自由原子态的吸收系数：凝聚态物质中不考虑周围原子散射作用时的吸收系数：凝聚态物质中不考虑周围原子散射作用时的吸收系数本讲稿第十一页，共
6、八十二页谱函数是一系列正玄函数的叠加谱函数是一系列正玄函数的叠加本讲稿第十二页，共八十二页N=1,2 N=1,2 或或3 3本讲稿第十三页，共八十二页6.非晶态固体的结构模型和缺陷非晶态固体的结构模型和缺陷(1)刚球无规密堆模型（非晶态金属或金属合金刚球无规密堆模型（非晶态金属或金属合金DRPHSDRPHS）Finney:793Finney:793个硬球模型个硬球模型无规密堆有一个明确的堆积密度上限无规密堆有一个明确的堆积密度上限0.6366;0.6366;密堆晶体密堆晶体 0.7405 0.7405非晶具有一些不同类型的局域短程序。以原子为中心作其最近邻的连心非晶具有一些不同类型的局域短程序
7、。以原子为中心作其最近邻的连心线。以这些连心线为棱边所构成的多面体线。以这些连心线为棱边所构成的多面体BernalBernal多面体。多面体。(a)(a)四面体四面体(e)(e)四角十四角十二面体二面体(d)(d)带三个半八带三个半八面体的阿基米德面体的阿基米德反棱柱反棱柱(c)(c)有三个半八面有三个半八面体的三角棱柱体的三角棱柱(b)(b)八面体八面体本讲稿第十四页，共八十二页(2)连续无规网格模型（连续无规网格模型（CRN）以共价结合的非晶态固体，最近邻配位与晶态类似以共价结合的非晶态固体，最近邻配位与晶态类似用球代表原子位置，线段代表大小，线段间的夹角代表键角，所有用球代表原子位置，线
8、段代表大小，线段间的夹角代表键角，所有球和线段组成的网络非晶网络模型球和线段组成的网络非晶网络模型 (3)非晶中的缺陷非晶中的缺陷非晶半导体非晶半导体i）悬挂键）悬挂键ii）微孔）微孔iii）杂质）杂质本讲稿第十五页，共八十二页2.2 2.2 无序系统的电子态无序系统的电子态1.扩展态和局域态扩展态和局域态具有严格周期性的有序晶格是平移不变的：具有严格周期性的有序晶格是平移不变的：所有电子在有序晶格中作公有化运动所有电子在有序晶格中作公有化运动扩展态扩展态在晶体中引入缺陷在晶体中引入缺陷周期周期性局域破坏性局域破坏杂质态杂质态局局域域在杂质附近在杂质附近：定域化长度：定域化长度杂质浓度高时杂质
9、浓度高时,局域态的电子能级可密集成带局域态的电子能级可密集成带,与导带与导带相连接相连接,形成导带的尾部形成导带的尾部.本讲稿第十六页，共八十二页2.Anderson的无序模型的无序模型无平移对称性，波矢无平移对称性，波矢k不再是描述电子态的好量子数不再是描述电子态的好量子数TBA(紧束缚近似紧束缚近似)无序系统无序系统本讲稿第十七页，共八十二页本讲稿第十八页，共八十二页W W本讲稿第十九页，共八十二页3.推迟格林函数推迟格林函数双时推迟格林函数双时推迟格林函数 本讲稿第二十页，共八十二页 本讲稿第二十一页，共八十二页本讲稿第二十二页，共八十二页本讲稿第二十三页，共八十二页(b).T0K(b)
10、.T0K 有限温度下有限温度下:引入函数引入函数莱曼表示的积分公式莱曼表示的积分公式:本讲稿第二十四页，共八十二页(3).(3).谱定理谱定理另一方面另一方面:谱定理，涨落耗散定理谱定理，涨落耗散定理本讲稿第二十五页，共八十二页本讲稿第二十六页，共八十二页格林函数计算平均量的有用工具格林函数计算平均量的有用工具利用玻戈留玻夫格林函数作实际运算的步骤利用玻戈留玻夫格林函数作实际运算的步骤:(1).(1).选择选择A A与与B B(2).(2).确定格林函数确定格林函数(3).(3).建立建立 的运动方程的运动方程(4).(4).求运动方程的近似解求运动方程的近似解(5).(5).利用谱定理决定所
11、需物理量利用谱定理决定所需物理量本讲稿第二十七页，共八十二页4.Anderson局域化（局域化（1958，PRB）局域化的严格定义：局域化的严格定义：热力学极限下的体系（热力学极限下的体系（N,VN,V无限大无限大 N/V N/V有限），设有限），设t t0 0时时l l格点格点(或附近或附近)有一个电子有一个电子,经过较长时间后在该格点找到电子的几率振幅为经过较长时间后在该格点找到电子的几率振幅为A(t):A(t):A(t)=0A(t)=0 扩展态扩展态 A(t)0 A(t)0局域态局域态 (1).(1).定性说明定性说明(Thouless(Thouless公式公式)强无序情况强无序情况 W
12、/V1 W/V1考虑有一个电子定域在格点考虑有一个电子定域在格点l,l,由于相互作用可以使邻近格点由于相互作用可以使邻近格点l l上的电子波函数混入上的电子波函数混入,由量子力学微扰理论由量子力学微扰理论(一级一级):):本讲稿第二十八页，共八十二页电子波动性的本质反映电子波动性的本质反映推广：光波，声波等推广：光波，声波等本讲稿第二十九页，共八十二页(2).(2).严格推导严格推导本讲稿第三十页，共八十二页本讲稿第三十一页，共八十二页本讲稿第三十二页，共八十二页本讲稿第三十三页，共八十二页本讲稿第三十四页，共八十二页5.莫特莫特(Mott)模型模型SIRNEVILLF.MOTT(1905-1
13、996)1977NobelLaureateinPhysicsfor their fundamental theoretical investigations of the electronic structure of magnetic and disordered systems.本讲稿第三十五页，共八十二页(1).:无序系统既存在扩展态，也有局域态，扩展态在无序系统既存在扩展态，也有局域态，扩展态在TBA能量中心，局域态在带尾能量中心，局域态在带尾,并有一个划分扩展态与局域态能量的分并有一个划分扩展态与局域态能量的分界界Ec:Ec:迁移率边迁移率边-Ec-EcEcEcE EDOS(E)DO
14、S(E)扩展态扩展态局域态局域态任意任意E E态的局域化条件态的局域化条件:本讲稿第三十六页，共八十二页(2).态密度和态密度和Anderson转变转变在无序固体中在无序固体中,波矢波矢K不再是好的量子数不再是好的量子数.但不论是晶态还是非晶但不论是晶态还是非晶态态,体系的总自由度不变体系的总自由度不变,因而模式密度因而模式密度,能态密度的概念依旧有效能态密度的概念依旧有效.扩展态扩展态扩展态扩展态迁移率边迁移率边扩展态扩展态局域态局域态Anderson转变转变:EF处在扩展态处在扩展态金属金属EF处在局域态处在局域态绝缘体绝缘体无序引起的相变叫无序引起的相变叫Anderson相变相变本讲稿第
15、三十七页，共八十二页6.渗流理论渗流理论渗流：流体在随机介质中的运动渗流：流体在随机介质中的运动现象：现象：人体、动物体内存在多孔结构的组织和器官，如肺、心、肝等，体人体、动物体内存在多孔结构的组织和器官，如肺、心、肝等，体液在其中流动着液在其中流动着植物的茎、枝、根和叶等，也是多空结构植物的茎、枝、根和叶等，也是多空结构地层里多孔岩石中石油和水地层里多孔岩石中石油和水渗流体系：用渗流模型所描述的体系渗流体系：用渗流模型所描述的体系K.Broadbent,M.Hammersley 1957K.Broadbent,M.Hammersley 1957年首次提出年首次提出 本讲稿第三十八页，共八十二
16、页每格点被占据的几率为每格点被占据的几率为P,P,不占据的几率为不占据的几率为1-P1-P。相邻格点都被占据，相邻格点都被占据，这些格点形成一个集团。这些格点形成一个集团。当当P P增大增大,集团的大小增大集团的大小增大P P达到一个临界点，点阵上就出现一个无限大集团达到一个临界点，点阵上就出现一个无限大集团 渗流相变渗流相变Pc:Pc:渗流閾值或渗流临界值渗流閾值或渗流临界值Pc=0.59Pc=0.59Pc=0.27Pc=0.27A A渗流体系最基本点：閾值渗流体系最基本点：閾值PPcPPc PPc：无限集团：无限集团P-Pc-0:P-Pc-0:出现一个初始无限大集团出现一个初始无限大集团本
17、讲稿第三十九页，共八十二页渗流相变是一个二级相变渗流相变是一个二级相变序参量：渗流几率序参量：渗流几率定义：当占据几率为时，点阵上任意格点属于无限大集团的几率。定义：当占据几率为时，点阵上任意格点属于无限大集团的几率。两点间的关联函数两点间的关联函数G(x)G(x)定义：当原点被占据时，距原点为定义：当原点被占据时，距原点为x x的格点也属于同一集团的点占的格点也属于同一集团的点占据的几率，亦即原点与据的几率，亦即原点与x x点之间至少存在一条键联路径的几率。点之间至少存在一条键联路径的几率。本讲稿第四十页，共八十二页本讲稿第四十一页，共八十二页渗流体系两个重要量：参量渗流体系两个重要量：参量
18、P(P(格点占有率格点占有率)，关联长度，关联长度类比类比 P P：热力学中的温度：热力学中的温度 渗流集团唯一的长度标度渗流集团唯一的长度标度按照按照P参量划分渗流集团参量划分渗流集团:(1).PPc,体系出现大量无限大集团，集团自身的密度向均匀化发展，体系出现大量无限大集团，集团自身的密度向均匀化发展，不再具有自相识性不再具有自相识性 自相识性自相识性:缩放对称性缩放对称性，即不管对结构作怎样的放大与缩小，结构看，即不管对结构作怎样的放大与缩小，结构看上去仍是相同的。上去仍是相同的。分形分形(Fractal)(Fractal)：存在自相似性的几何对象。：存在自相似性的几何对象。196719
19、67年，年，Mandelbrot Mandelbrot “英国的海岸线有多长英国的海岸线有多长”本讲稿第四十二页，共八十二页Many man-made objects are made up of Euclidean shapes本讲稿第四十三页，共八十二页But what about these familiar things from the natural world?Can they be easily described with Euclidean shapes?I dont think so.本讲稿第四十四页，共八十二页“Why is geometry often describ
20、ed as cold or dry?One reason lies in its inability to describe the shape of a cloud,a mountain,a coastline,or a tree.Clouds are not spheres,mountains are not cones,coastlines are not circles,and bark is not smooth,nor does lightning travel in a straight line.”BenoitMandelbrot,thefatheroffractalgeome
21、try,fromhisbookTheFractalGeometryofNature,1982.本讲稿第四十五页，共八十二页The Koch SnowflakeFirst iterationAfter2 iterations本讲稿第四十六页，共八十二页After 3 iterations本讲稿第四十七页，共八十二页After n iterations本讲稿第四十八页，共八十二页After iterations本讲稿第四十九页，共八十二页The Kochsnowflake is six of these put together to form.well,a snowflake.本讲稿第五十页，共
22、八十二页Notice that the perimeter of the Koch snowflake is infinite.but that the area it bounds is finite(indeed,it iscontained in the white square).本讲稿第五十一页，共八十二页The Koch snowflake has even been used in technology:Boston-Mar 13,2002Fractal Antenna Systems,Inc.today disclosed that it hasfiled for patent
23、 protection on a new class of antenna arraysthat use close-packed arrangements of fractal elements toget superior performance characteristics.Fractal Tiling Arrays-Firm Reports Breakthrough in Array Antennas本讲稿第五十二页，共八十二页But self-similarity is not what makes the Koch snowflakea fractal!(Contrary to
24、a common misconception.)After all,many common geometric objects exhibitself-similarity.Consider,for example,the humblesquare.本讲稿第五十三页，共八十二页If you take a small square.and dilate by a factor of 2.then you get 4 copies of the original.A square is self-similar,but it most certainly is not a fractal.本讲稿第
25、五十四页，共八十二页If you take a small square.and dilate by a factor of 3.then you get 9 copies of the original.本讲稿第五十五页，共八十二页Let k be the scale factor.Let N be the number of copies of the original that you get.Note that for the square,we have that:Or in other words,we have:本讲稿第五十六页，共八十二页Thats right:tells us
26、 the dimension of the shape.(Note that for this to make sense,the shape has to beself-similar.)So for a self-similar shape,we can taketo be the definition of its dimension.(It turns out that this definition coincides with a much moregeneral definition of dimension called the fractal dimension.)本讲稿第五
27、十七页，共八十二页Now lets recall what k and N were for one side of theKoch snowflake:k=scale factor=3N=number of copies of original=4本讲稿第五十八页，共八十二页TheSierpinskiCarpet本讲稿第五十九页，共八十二页The fractal dimension of the Menger sponge is:本讲稿第六十页，共八十二页利用初始无限大集团的标度特性来确定集团的分形维数利用初始无限大集团的标度特性来确定集团的分形维数D和渗流的临界和渗流的临界指数之间的关系指
28、数之间的关系设体系中出现一个初始无限大集团，集团的线度设体系中出现一个初始无限大集团，集团的线度在此集团上选取原点在此集团上选取原点O，则距该点则距该点r处格点属于这个无限集团的几率处格点属于这个无限集团的几率（）：一般地：一般地：本讲稿第六十一页，共八十二页系统：导电畴非导电畴，无序度：发现导电畴的几率系统：导电畴非导电畴，无序度：发现导电畴的几率P湖湖山山沧海变桑田沧海变桑田无序无序Anderson转变转变海洋海洋海岛海岛本讲稿第六十二页，共八十二页2.3 2.3 无序体系的直流电导无序体系的直流电导1.跳跃电导跳跃电导体系处于强定域区，许多电子态为定域态，相邻定域态间的能量体系处于强定域
29、区，许多电子态为定域态，相邻定域态间的能量十分不同。十分不同。能量能量距离距离R R(1)(1)两个态波函数的交叠两个态波函数的交叠(2)(2)两个格点的能量差两个格点的能量差本讲稿第六十三页，共八十二页(1)(1)两个态波函数的交叠两个态波函数的交叠(2)(2)两个格点的能量差两个格点的能量差低温下低温下(2)(2)比比(1)(1)重要重要变程跳跃变程跳跃高温下高温下(1)(1)比比(2)(2)重要重要定程跳跃定程跳跃本讲稿第六十四页，共八十二页本讲稿第六十五页，共八十二页2.非晶半导体的直流电导非晶半导体的直流电导 与晶态半导体不同之处与晶态半导体不同之处(1).(1).非晶态半导体存在扩
30、展态、带尾定域态、带隙中的缺隙定域态非晶态半导体存在扩展态、带尾定域态、带隙中的缺隙定域态。这些状态中的载流子都可能对电导有贡献。这些状态中的载流子都可能对电导有贡献。(2).非晶态半导体中的费米能级通常是非晶态半导体中的费米能级通常是“钉扎钉扎”在带隙中，基本不在带隙中，基本不随温度变化。随温度变化。钉扎钉扎:Fermi能级的位置不因少量的浅施主和浅受主杂质的引入而能级的位置不因少量的浅施主和浅受主杂质的引入而发生变化。发生变化。Fermi能级之上有带正电的状态能级之上有带正电的状态两者的补偿作用使两者的补偿作用使EF“钉扎钉扎”Fermi能级之下有带负电的状态能级之下有带负电的状态价带价带
31、导带导带施主施主受主受主E EF FEvEvEcEc深施主带深施主带深受主带深受主带E EB BE EA A本讲稿第六十六页，共八十二页本讲稿第六十七页，共八十二页本讲稿第六十八页，共八十二页3.非晶态金属的电阻率及其温度关系非晶态金属的电阻率及其温度关系1)非晶态金属的电阻率高于晶态金属材料的电阻率非晶态金属的电阻率高于晶态金属材料的电阻率100300cm “剩余电阻剩余电阻”无序结构，数值较大无序结构，数值较大2)非晶态金属的电阻率温度系数非晶态金属的电阻率温度系数 特别小，特别小，结构无序和杂质贡献大于原子热运动贡献结构无序和杂质贡献大于原子热运动贡献3)3)很多非晶态金属在很宽范围内有
32、负的电阻温度系数很多非晶态金属在很宽范围内有负的电阻温度系数4)Mooij4)Mooij经验规律：经验规律：5)5)非晶态金属的电阻率随非晶结构的稳定性而发生不可逆变化。非晶态金属的电阻率随非晶结构的稳定性而发生不可逆变化。当温度升高开始晶化时电阻率将发生突变当温度升高开始晶化时电阻率将发生突变估计非晶态金属估计非晶态金属的的晶化温度。晶化温度。本讲稿第六十九页，共八十二页理论模型：理论模型：1.1.推广的推广的ZimanZiman理论模型：理论模型：非金属玻璃非金属玻璃 vs vs 液态金属液态金属 适用：简单金属玻璃的电导输运特性适用：简单金属玻璃的电导输运特性2.2.类类KondoKon
33、do型型s-ds-d散射模型散射模型KondoKondo效应：含有极少量磁性杂质的晶态金属在低温下出现电效应：含有极少量磁性杂质的晶态金属在低温下出现电阻极小的现象。阻极小的现象。s-ds-d散射机制散射机制:产生电阻极小的必要条件是局域自旋具有翻转产生电阻极小的必要条件是局域自旋具有翻转自由度。自由度。3.3.双能级隧道态模型理论：非晶态中存在双能级隧道态模型理论：非晶态中存在2 2个等价的原子组态个等价的原子组态非晶金属低温电阻的电阻极小的现象非晶金属低温电阻的电阻极小的现象本讲稿第七十页，共八十二页4.定域的标度理论定域的标度理论定域退定域转变处电导率的定域退定域转变处电导率的变化变化1
34、973年，年，Mott:扩展态在迁扩展态在迁移率边处有一最小金属电移率边处有一最小金属电导率。导率。(a).一、二维体系不存在一、二维体系不存在Anderson转变变化转变变化(b).电导率连续减小为零电导率连续减小为零本讲稿第七十一页，共八十二页本讲稿第七十二页，共八十二页对于对于d=3,低于一特定值低于一特定值Gc，为负为负(绝缘态）绝缘态）D=1,2,总为负，系统总是总为负，系统总是处于绝缘态处于绝缘态本讲稿第七十三页，共八十二页本讲稿第七十四页，共八十二页本讲稿第七十五页，共八十二页2.4 2.4 无序系统的光学性质无序系统的光学性质0.20.20.60.60 05 515152525
35、非晶态非晶态GeGe晶态晶态GeGe液态液态GeGe固态固态GeGe和液态和液态GeGe有巨大差别有巨大差别晶态和非晶态差别不大：短程序起晶态和非晶态差别不大：短程序起首要作用首要作用液态液态GeGe：金属：金属 固态固态GeGe：半导体：半导体光吸收，光发射，光电子学光吸收，光发射，光电子学:电子能带结构，杂志缺陷，原子振动电子能带结构，杂志缺陷，原子振动本讲稿第七十六页，共八十二页1.晶体的光吸收和光辐射过程晶体的光吸收和光辐射过程吸收系数吸收系数/cm-1/cm-110101 10.10.10.010.0110101001001000010000本本征征吸吸收收区区吸吸收收边边激激子子吸
36、吸收收自自由由载载流流子子吸吸收收晶晶格格吸吸收收自自由由载载流流子子吸吸收收杂杂质质和和缺缺陷陷吸吸收收磁磁吸吸收收回回旋旋共共振振吸吸收收1.1.本征吸收本征吸收:价电子价电子导带导带 2.2.激子吸收：电子空穴束缚激发态激子吸收：电子空穴束缚激发态3.3.自由载流子吸收：导带中电子自由载流子吸收：导带中电子(价带中空穴）的同带跃迁，强度是载流子浓度的函数价带中空穴）的同带跃迁，强度是载流子浓度的函数4.4.晶格吸收：长光学横波声子和红外光子耦合晶格吸收：长光学横波声子和红外光子耦合极化激元的激发态，光频率与晶格频率共振，吸收最大，红外区段极化激元的激发态，光频率与晶格频率共振，吸收最大，
37、红外区段5.5.杂质和缺陷吸收：杂质和缺陷吸收：杂质能级杂质能级自由载流子自由载流子6.6.磁吸收和回旋共振吸收：光吸收磁吸收和回旋共振吸收：光吸收电子自旋反转、自旋波量子的激发、交变磁场下磁次能级间的跃迁电子自旋反转、自旋波量子的激发、交变磁场下磁次能级间的跃迁本讲稿第七十七页，共八十二页固体发光：光吸收的逆过程固体发光：光吸收的逆过程基态基态激发态激发态基态基态光光光光热热发光有一持续过程：发光有一持续过程：10-8s磷光磷光发光过程：能量守恒，动量守恒发光过程：能量守恒，动量守恒2.非晶态半导体的光吸收和光致发光非晶态半导体的光吸收和光致发光1)非晶态的本征吸收非晶态的本征吸收:不需选择
38、定则。吸收系数髙不需选择定则。吸收系数髙,非晶太阳能电池非晶太阳能电池2)非晶的吸收边附近非晶的吸收边附近A：高吸收区：高吸收区价带扩展态价带扩展态导带扩展态导带扩展态B：指数区：指数区价带扩展态价带扩展态导带尾定域态导带尾定域态定域态定域态扩展态扩展态C：弱吸收区：弱吸收区和杂质缺陷有关和杂质缺陷有关CBA本讲稿第七十八页，共八十二页3)原子振动与光相互作用准动量守恒关系的限制，整个频率范围原子振动与光相互作用准动量守恒关系的限制，整个频率范围内所以的振动模都有贡献，红外、拉曼光谱比晶态的弥散、光滑内所以的振动模都有贡献，红外、拉曼光谱比晶态的弥散、光滑4)在高吸收区在高吸收区A:DOSDO
39、SEvEvEcEc5)在非晶态半导体、特别是硫系非晶态半导体中，存在发射光子在非晶态半导体、特别是硫系非晶态半导体中，存在发射光子的频率低于吸收光子频率的现象的频率低于吸收光子频率的现象Stokers效应效应黄昆：强的电子声子相互作用，使定域态上的电子在处于基态黄昆：强的电子声子相互作用，使定域态上的电子在处于基态和处于激发态时，原子平衡位置不同。和处于激发态时，原子平衡位置不同。本讲稿第七十九页，共八十二页E EE E1 12 21 12 2位形位形位形位形6)非晶态半导体的光电导非晶态半导体的光电导受到光照后吸收光子而产生非平衡载流子：电子和空穴受到光照后吸收光子而产生非平衡载流子：电子和
40、空穴本讲稿第八十页，共八十二页2.5 2.5 无序系统的应用无序系统的应用非晶态固体的类型代表性的材料应用所用的特性氧化物玻璃(SiO2)0.8(NaO)0.2窗玻璃等透明性，固体性，形成大张的能力氧化物玻璃(SiO2)0.9(GeO2)0.1通信网络的纤维光波导超透明性，纯度，形成均匀纤维的能力有机聚合物聚苯乙烯结构材料，塑料强度，重量轻，容易加工硫系玻璃Se,As2Se3静电复印技术光导电性，形成大面积薄膜能力非晶半导体Te0.8Ge0.2计算机记忆元件电场引起非晶晶化的转变非晶半导体Si0.9H0.1太阳能电池光生伏打的光学性质，大面积薄膜金属玻璃Fe0.8B0.2变压器铁心铁磁性，低损耗，形成长带能力本讲稿第八十一页，共八十二页Project6非晶材料的应用原理及举例非晶材料的应用原理及举例本讲稿第八十二页，共八十二页