能帶圖是固體物理學中用於描述材料電子能帶結構的重要工具,它展示了電子在不同能量狀態下的分佈情況。要理解能帶圖,需要關注以下幾個關鍵點:
價帶(Valence Band, VB):位於費米能級以下的能帶,包含電子可以佔據的狀態。
價帶頂(Valence Band Maximum, VBM):價帶中能量最高的點。
導帶(Conduction Band, CB):位於費米能級以上的能帶,包含未被電子佔據的狀態。
導帶底(Conduction Band Minimum, CBM):導帶中能量最低的點。
帶隙(Band Gap):價帶頂(VBM)和導帶底(CBM)之間的能量差,決定材料是否爲導體、半導體或絕緣體。
在非金屬材料中,價帶是電子能量的最高範圍,而導帶是空位電子態的最低範圍。在金屬中,由於費米能級處的態密度不爲零,價帶和導帶之間的區別不那麼明顯,因爲金屬的電導發生在部分填充的能帶中,這些能帶具有價帶和導帶的性質。
除了直觀的帶隙大小和走勢,能帶圖還可以提供更多信息,如載流子有效質量的大小、原子間相互作用的大小、以及特定原子軌道對價帶頂和導帶底的貢獻。這些信息對於理解材料的電子結構和性能至關重要。例如,二維材料的能帶圖可能顯示沿層堆疊方向的平坦性,這反映了原子間相互作用的特點。通過分析態密度和組成原子的最外層電子排布,可以對能帶結構有一箇大概的預估。
總結來說,閱讀能帶圖時,應關注價帶、導帶、價帶頂、導帶底以及帶隙的位置和特性,以及它們如何反映材料的電子結構和物理性質。