1. 자유 전자 모델
* 진공 상태에서 전자는 기본 특성으로 정의 된 질량을 가진 자유 입자입니다.
* 고체에 전자의 단순화 된 전자 모델 인 유리 전자 모델은 전자가 결정 격자에 영향을받지 않는 자유 입자로 작동한다고 가정합니다.
*이 모델은 고체의 전자 질량이 진공의 질량과 동일해야한다고 예측합니다.
2. 전자-격자 상호 작용의 현실
* 실제로, 고체의 전자는 결정 격자에서 양으로 하전 된 이온과 지속적으로 상호 작용하고있다. 이러한 상호 작용은 중요합니다.
* 격자의주기적인 잠재력은 에너지 밴드를 생성하며, 이는 전자의 에너지 수준이 허용됩니다.
*이 에너지 밴드의 모양은 전자가 외부 힘에 어떻게 반응하는지 결정합니다.
3. 효과적인 질량
* 유효 질량은 전자가 결정 격자가있을 때 외부 힘에 어떻게 반응하는지 설명하는 이론적 개념입니다.
* 전자의 나머지 질량과 같은 문자적인 질량이 아니라 재료의 전자 관성을 반영하는 매개 변수입니다.
* 유효 질량은 전자의 휴식 질량과 다를 수 있으며 경우에 따라 음성 일 수도 있습니다.
4. 효과적인 질량에 영향을 미치는 요인
* 밴드 구조 : 에너지 밴드의 모양과 곡률은 효과적인 질량에 직접 영향을 미칩니다.
* 결정 구조 : 격자에서 원자의 배열은 전자-격자 상호 작용의 강도에 영향을 미칩니다.
* 온도 : 온도의 변화는 격자 전위를 수정하여 유효 질량에 영향을 줄 수 있습니다.
* 외부 필드 : 적용된 전기 또는 자기장은 전자의 거동과 효과적인 질량에 더 큰 영향을 줄 수 있습니다.
5. 효과적인 질량의 결과
* 전도도 : 전자의 효과적인 질량은 이동성에 영향을 미치며, 따라서 재료의 전기 전도성에 영향을 미칩니다.
* 광학 특성 : 효과적인 질량은 또한 재료가 빛과 상호 작용하는 방식에 역할을하여 광학 특성에 영향을 미칩니다.
* 반도체 물리학 : 반도체에서 유효 질량은 구멍의 거동 (전자 부재)과 반도체 장치의 설계를 이해하는 데 중요합니다.
요약
고체에서 전자의 효과적인 질량은 결정 격자와의 상호 작용의 결과입니다. 재료의 전자 관성을 반영하고 진공의 질량과 다릅니다. 효과적인 질량은 고체에서 전자의 행동을 이해하는 데 필수적이며 많은 물리적 현상에서 중요한 역할을합니다.
