多費米子(費米氣體)的行為及近似

 

課前提要:k 出現,但僅帶 動量 的物理意義

請大家注意什麼樣的前提,最多能導致什麼樣的(有用)結論。

“能量”是物理學的聖杯(為何研究所物理必修主科以四大力學來非類)

這些粒子,它們的能量分布式怎樣?有無偏好?

「能量均分原理」(誰記得?),既是大原理,固體�堛犒q子,沒理由不對吧?

推導論證不完備,但結論是對的例子,再初階物理不罕見(回憶高中物理,不適用微積分,補一句說,對於一般狀況也對)

前提最少結論最多是物理之美

Energy DOS (Ch.6) 

解釋態密度是有限的方法,先呈現出部分空間,有平面波,但空間擴大,接在一起的平面波還是同一個平面波,也沒有增加,我沒有問的觀點是隨著能量越來越增加,狀態是一直維持固定還是越來越多,這個是能譜問題,離散能譜跟連續能譜都一樣,會有能接間隔的問題我們要解釋的是間隔可不可以無限小?會不會無限小,如果會有可能無限大,

我們關心的核心是能量本增值越來越大的時候,具有這個能量的是不是永遠一樣多還是越來越多。這是一個合法的問題,既然如此,接下來就是如何推導出來了。


自由電子 E=(1/2pi)(hk)^2/m,由於子的波動本質函數,空間中可以存在 k 的 波的話,意外的存在者 (1/k) 


某個波向量值 k 的解能不能存在,取決於追蹤無人方程式問題的邊界條件,但現在知道的事,只要這個 k能夠存在,那麼 nk 就能

我們現在來分析這樣可以存在的條件的實空間,容納一個波向量是 k 的波,這個空間保證能夠容納得下 k'  的態數目怎麼分析?答案是,這個空間長度砍一半然後數駐波數,然後我們就銜接上了標準流程。最後一樣是把範圍 box 大小推到無限大,但其實這個動作對於獲得態密度並沒有影響。


電子近似成無交互作用而獨立,spin up 跟 spin down 的不同就會因包立不相容原理而填一樣多。後面章節會看到 Hund's rule 的的成因。


 

 

本章前言

當針對電子的行為考慮量子現象,最簡單的情況,我們能夠做到什麼程度?

早期的實驗給物理學傢帶來的意外是,金屬好像只有少數的電子擔任傳導電流的功能。 (什麼實驗?銀的比熱)

 

單粒子圖像 (One-particle Picture)

將完整哈米頓算子急需求解,逐步化簡為單粒子問題的過程。

波動方程式的解是機率振幅,如果粒子之間,獨立,不相關聯。從幾率理論我們知道,獨立事件機率相乘。

(6.7) 關繫式來自於使用邊界條件將波函數量子化。這只是便利推導。

書中作者的說明是:邊界條件選擇波函數是0,是相當正統的,但是在這邊會比較不方便,所以改為選擇週期性邊界條件。(However, almost any physical quantity one might calculate using Eq. (6.5) alters at most by an amount proportional to 1 /L if one adopts more realistic boundary conditions. So long as L is macroscopic, such corrections are negligible. )

(能量)態密度

 

 

駐波計數

介紹 Born_Von-Karman 週期性邊界條件

 

(大部分教科書在推導黑體輻射的時候用的也是一樣的方法。)

反思:錯誤假設所推得的結果可以相信嗎?

 

 

為什麼駐波計數竟會正確?

基於平移群之群表象論的不可約化表象,能得到真正正確的結果。GenAI (link)

有限晶體也是對的(平移對稱不是不成立了嗎?) (我們關心中央區的局部近似,不關心極遠的邊界處)

沒有晶體的真空情況下,平移對稱還是成立,我們要的是某能量密度

 

自由電子氣體,自由費米子氣體。

費米能階 跟 費米動量

Fermi momentum of free e gas depends on density