能带论教学拓展:紧束缚模型的离散形式及应用

紧束缚模型的离散形式具有形式简洁且抓住物理本质等特点,成为科学研究工作中的重要表达形式.本文主要介绍紧束缚模型离散形式的推导过程,并以固体物理课程中两个常见模型为例进行了相应结果展示.本文的讨论一方面可以为固体物理课堂教学提供进一步研讨的素材,另一方面还可帮助学生顺利从课本学习过渡到前沿研究.

一维准晶体紧束缚模型的高度函数和波函数的多分形性

在一维准晶体模型上构造了紧束缚哈密顿量,并且根据替代规则研究了中心电子态。通过计算高度函数的分布,得到了波函数的多分形谱。结果显示出临界态的典型性质。

硅锗混合团簇Ge_mSi_n(m+n≤10)的非正交紧束缚模型研究

The geometrical structures and binding energies of Ge_mSi_n mixed clusters(s=m+n≤10) have been optimized based upon the nonorthogonal tight-binding scheme. Ge_mSi_n mixed clusters are found similar in structures with Si_n and Ge_n(but with lower symmetries) and the binding energies of the mixed clusters are between the corresponding values of the Si_n and Ge_n.

二维晶格色散关系和态密度的紧束缚模型计算

文章利用紧束缚模型计算了二维正方、三角、六角格子色散关系.对于正方和三角格子,主要考虑电子在最近邻格点上的跳跃情况.对于六角格子,以石墨烯为例,考虑电子只在最近邻格点上跳跃以及同时考虑电子在最近邻和次近邻格点上跳跃两种情况.对于以上3种格子的色散关系,利用Matlab软件进行图形化,并用Fortran软件编程计算相应的态密度,计算结果对理解不同晶格的电学性质提供理论基础.

双带紧束缚模型中噪声对超晶格中电子输运性质的影响(英文)

运用直交流电场驱动下的双带紧束缚模型,研究了噪声对超晶格中电子输运性质的影响.数值结果表明,外部噪声能够破坏瞬时电流的周期性并且能够削减长时平均电流的峰值.随着噪声强度的增加,平均电流峰的高度降低,宽度增加;当增大噪声的衰减常数时,平均电流峰会有类似上述变化.

基于一种紧束缚模型的DNA电性质分析

DNA的电学性质关系到生命信息静态的存储和动态的释放,因此一直备受关注。在一种紧束缚模型的基础上,研究了DNA的电传输性质,并分析了DNA的导电性的生物意义。在特定的传导距离下,可以利用导电性来分辨基因所在的编码区。

含单负材料的光子晶体的紧束缚模型

对含单负材料的光子晶体进行理论研究,发现可以用固体物理学中的紧束缚近似方法描述含单负材料的光子晶体能带的形成机制,说明由单负材料组成的光子晶体的能带可以看成是电磁波在两种材料界面共振隧穿形成的局域模迭加而成的,其通带可以看成是局域模展宽所得到的,局域模之间的交叠积分决定着通带宽度的大小.

CdTe和HgTe电子结构的紧束缚模型计算

基于局域密度近似(LDA或GGA)的密度泛函理论计算往往低估体系的禁带宽度,而这一低估对窄带隙半导体尤为严重.尽管基于混合泛函的密度泛函理论能有效地修正这一误差,但是由于计算量较大仍无法用于计算较大体系.本文发展了一组能够比较准确描述CdTe和HgTe晶体电子结构的紧束缚参数.将基于混合泛函的密度泛函计算结果作为输入,我们构建了正交的sp^3s~*基组下的紧束缚模型.此模型能够比较准确地描述能带结构在费米面附近4 eV范围内的色散关系.利用当前模型计算了CdTe和HgTe非晶的电子态密度,计算结果与他人的理论计算和实验值符合较好.

基于紧束缚模型的拓扑物理微波实验验证平台的开发

拓扑光子学、拓扑物理与光学的结合,为凝聚态理论的验证以及新型光学器件的构建提供了新的视角.紧束缚模型是凝聚态物理的重要研究手段.我们发现,将传统光子晶体的背景材料由通常的空气改为有效介电常数为负数的材料之后,这样的光子晶体和紧束缚模型有一一对应的关系,可以用于相关理论的验证.通过数值仿真实验,在蜂巢晶格负背景光子晶体结构中验证了之字形(zigzag)、胡须型(bearded)等界面态的存在性.我们提出了两种实验构想,以期在微波频段开发相应的凝聚态理论验证平台,为拓扑物理的研究提供全新的工具.我们也希望,这些新理论的验证能为今后光学仪器的设计提供崭新思路.

一维准晶体紧束缚模型的高度函数和波函数的多分形性

在一维准晶体模型上构造了紧束缚哈密顿量,并且根据替代规则研究了中心电子态。通过计算高度函数的分布,得到了波函数的多分形谱。结果显示出临界态的典型性质。

紧束缚模型下有限尺寸的简立方晶格体系等离激元的偶极模式

基于紧束缚模型,发展了线性响应理论构造了有限尺寸的简立方晶格体系的偶极响应函数。通过偶极响应函数随外加电势场频率的变化关系,指出简立方晶格体系等离激元的偶极模式被外场激发时,偶极响应函数的实部会出现反转,偶极响应函数的虚部会出现极大值。这些结果意味着等离激元的偶极模式被激发时,体系对外加电势场的能量吸收有极大值,能量吸收的同时伴随偶极矩的剧烈振荡。进一步,我们给出在偶极等离激元处体系的电荷会在各个不同方向显示出偶极矩特征。

紧束缚模型方法及其在DNA分子中的应用

近年来,紧束缚模型方法被广泛应用于计算生物大分子体系.本文从第一性原理出发,根据紧束缚近似的思想,推导出生物大分子体系中的单电子运动方程.在此基础上给出了紧束缚模型方法中所涉及参数(在位能和迁移积分)的计算公式,在理论上完善了紧束缚模型方法.我们将所提出的参数化方法应用于理想B型DNA分子,给出了各种序列组合下的在位能和迁移积分.此外,我们还计算了周期性DNA分子poly(A)-poly(T)和poly(G)-poly(C)中空穴在位能和迁移积分随格点间距离的变化,为改进现有的SSH极化子模型提供了新的思路,有助于DNA中电荷输运的极化子机理的研究.

磁场中碳纳米管电子结构的紧束缚法研究

利用石墨平面碳原子轨道作sp2 杂化时π电子的紧束缚模型 ,对磁场中直状单层碳纳米管 (SWNTs)的电子结构进行理论推导和分析。磁场对碳纳米管的波矢 →k产生影响 ,从而使碳纳米管的电子结构及能隙均以磁通量子Φ0 (=h/e)为周期随磁通量Φ周期性变化。

碳纳米卷电子结构的紧束缚法研究

利用石墨平面碳原子轨道作sp2杂化时π电子的紧束缚模型,通过限定波矢k周期性边界条件,构造了碳纳米卷模型,研究了其电子结构性质.结果表明碳纳米卷的电子结构与其几何结构密切相关,通过控制手性和结构参数,可将其调制成不同带隙的半金属或半导体.

环状碳纳米卷电子结构的紧束缚法研究

利用石墨平面碳原子轨道作sp^2杂化时π电子的紧束缚模型,考虑波矢珗k周期性边界条件,构造了环状碳纳米卷模型,研究了其电子结构性质.结果表明环状碳纳米卷的电子结构与其几何结构密切相关,通过控制手性、结构参数及卷环周长,可将其调制成金属或不同带隙的半导体.

磁场中环状碳纳米卷电子结构的紧束缚法研究

通过考虑波矢■周期性边界条件,在石墨烯紧束缚模型基础上,构造了磁场中环状碳纳米卷模型,研究了其电子结构性质.结果表明环状碳纳米卷的电子结构以磁通量子Φ_0为周期随磁通量Φ周期性变化,通过控制手性和磁场,可将其调制成金属或不同带隙的半导体,其中m=3I(I为整数)、θ=2π/3的锯齿型环状碳纳米卷的带隙受磁场的影响比较小,m=18时变化幅度仅为7 μeV.

有限长碳纳米卷电子结构的紧束缚法研究

通过卷曲石墨烯,构造了有限长碳纳米卷模型.基于能带理论中紧束缚近似方法,推导并研究了与手性、结构参数及卷长相关的色散关系解析表达式.结果表明,随着几何结构的变化,碳纳米卷会呈现出金属-半导体转变,及与卷长有关的不同的渐近带隙行为:振荡型衰减、单调衰减和不变.

晶体中的电子模型讨论

一般的凝聚态系统由于自由度众多,很难精确求解。因此针对具体的凝聚态系统,采取各种近似,建立不同模型,是目前凝聚态理论研究的主要手段。本论文以晶体中的电子模型为例,讨论了四个在凝聚态领域的研究和计算中常用的理论模型。

单层β_(12)-硼烯双光子性质的理论研究

利用五带紧束缚理论计算了均匀模型、反演对称模型、反演非对称模型三种不同模型的单层β_(12)-硼烯的电子能带结构,利用光子-电子相互作用的二阶微扰理论计算了单层β_(12)-硼烯在可见光到近红外波段的双光子吸收谱,揭示了外加电场对X、K、M、Λ四个能带接触点附近电子能带和双光子吸收峰的调制作用.结果表明外加电场会带来简并能带的分裂,增强外加电场会使得双光子吸收峰发生蓝移且峰值被抑制;仅在反演非对称模型中M点附近施加正向电场且电场的能量在1.5~2.0 eV范围内时,因为双光子共振跃迁而出现吸收峰增强.

包含键环境修正的硅氢紧束缚势模型

在已有的硅势模型基础上 ,引进氢原子 ,计及Si H键环境的影响 ,构造出新的硅氢紧束缚势模型 .通过测试计算 ,这一新的硅氢势模型显示出较好的传递性 ,可适宜于研究复杂的硅氢体系 .