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6.8金属的电阻率公开课获奖课件赛课一等奖课件.ppt

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6.8金属的电阻率公开课获奖课件赛课一等奖课件.ppt

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本节重要内容:
电阻的起因
纯金属的电阻率
杂质和缺陷对金属电阻率的影响
§ 金属的电阻率
电阻的起因
1. 理想晶体无电阻
一种理想的晶体是无限大的,既没有杂质和缺陷也没有晶格振动。
当能带只是部分填充时,在外电场作用下,这些电子的状态以匀速变化 ,使电子在布里渊区的分布不再对称,从而产生电流。
当外电场除去后,由于 ,电子在布里渊区的非对称分布不再变化,从而维持原来的电流不变,也就是说,在外电场为零的情况下,电流仍不等于零。
可知,电导率应为无穷大,电阻率应为零。

、声子等对电子的散射
电阻是由在能带理论所作的几步近似中被忽视的原因引起的。即绝热近似和周期场近似。
第一步绝热近似中,认为离子实在格点上固定不动,忽视了晶格振动,这样在导电问题上忽视了声子与布洛赫电子的作用;
第二步周期场近似中,认为晶格势能函数 处处符合晶格的严格周期性,忽略了晶体中的杂质和缺陷,这样在导电问题上忽略了布洛赫电子与这些杂质和缺陷的作用。
纯金属的电阻率

高温
低温

对于纯金属,杂质和缺陷可以忽视不计,电阻率重要来
自晶格振动对电子的散射作用。
假设声子系统由所谓的平均声子所构成,在这个系统中每个声子的动量等于原声子系统中声子的平均动量。虽然金属中存在大量的电子,但参与导电的仅仅是费米面附近的电子。
电子与晶格的互相作用
电子与声子互相作用
费米面附近电子与声子互相作用
其中Z是一常数,是除k态外,费米面上其他电子态的总和。 是电子遭受到一个平均声子散射作用所产生的散射角。
是波矢为k的电子在单位时间内与一个平均声子的碰撞概率,也即波矢为k的电子在单位时间内与平均声子的碰撞次数。
按照经典记录理论,单位时间内某A气体分子与B气体分子的碰撞次数,正比于A和B分子的平均相对速度以及B分子的浓度。因此
假如采用德拜模型,声子的速度近似为金属中的声速,
也是常数。因此电子与声子的平均相对速度是一常数。
---声子浓度,
---费米面附近电子与声子的平均相对速度(kF/m*)。
假设可以不计倒逆过程,只讨论电子的正常散射过程,由下图可知
电子---声子的正常散射
上式中 为声子的平均动量。
上式代入
得到
根据德拜模型知, ,而频率为的声子数为
声子浓度
声子浓度
声子的平均波矢
可得纯金属的电阻率为:
其中 是金属的德拜温度,A是常数。
令 ,
高温时:
低温时: