布里渊区（简约布里渊区和第一布里渊区）

8月科学教育网小李来为大家讲解下。布里渊区（简约布里渊区和第一布里渊区）这个很多人还不知道,现在让我们一起来看看吧！

电子的k方向随着电子通过区域边缘的变化而变化，代表k空间的振荡，从而在真实空间的振荡。这些振荡被称为齐纳-布洛赫振荡。

如果我们有一个由距离a定义的空间周期性，则能带结构在倒数向量Γ=2π/a中，是周期性的。

因此，布洛赫-齐纳振荡的频率为ωb = eE a，振荡频率相当高，很容易在几个太赫兹范围内。

请注意，振荡取决于五场方向，因为布里渊区的边缘位于沿不同方向的不同点上。从实际器件的角度来看，利用布洛赫振荡是不可能的，因为散射机制通常足够强，足以在电子经历完全振荡之前引起电子散射，因此不可能观察到这些振荡。

如果τSC散射时间振荡可以发生，如果我们有条件，从上述振荡条件我们看到如果真实空间的周期距离增加，它将需要更少的时间到达区域边缘，可以期待布洛赫振荡生存。

通过使用超晶格，可以增加周期性。

我们展示了一个扩大周期距离（通过制造超晶格）对一个能带的影响的示意图。在上面，我们展示了一个由距离a表示的单元周期的晶体的能带示意图。

k空间中的区域边为2π/a。如果一个周期为na的超晶格如下面板所示，区域边缘出现在2π/na。

假设散射时间因超晶格的形成而变化不大，可以预期电子能够在不散射的情况，下到达超晶格区边缘，从而发生布洛赫-齐纳振荡。

虽然这些考虑似乎很有希望，但真正的设备还没有被创造出来。

共振隧穿在没有散射的情况下，电子波的行为与光波相似。可能会发生纤维滤波、干涉和衍射等效应。

一类已被证明并用于高性能应用的器件，是基于通过异质结构的电子隧穿的器件。共振隧穿是一个非常有趣的现象，其中一个电子通过两个或更多的经典禁止区域夹。

通过使用超晶格增加周期间距，可以减少电子在到达区域边缘之前必须穿过的k空间。缩小的区域边缘可能允许布洛赫-齐纳振荡的可能性。地区共振隧穿的一个特别有趣的结果是“负微分电阻”。

e0能级接近于在双势垒区域内形成的量子阱的能级，但由于逃逸寿命而变宽。这种拓宽来自于海森堡能量-时间的不确定性。

如果来自左边的电子的能量接近e0，它们就能够通过这个结构传输。

在零偏置，没有电流流过结构，因为井中允许的水平与来自左边的电子能量不对齐。当费米能量与准束缚态一致时，最大数量的电流流过该结构。

进一步增加偏置会导致C点的结构，其中通过该结构的电流随着偏置（负电阻）的增加而减小。应用较大的偏置会产生强热电子发射电流，因此电流大幅增加。

为了理解隧穿行为，势谱（如导带线）被划分为恒定势的区域，每个区域对应的波函数与相邻区域的波函数匹配。

每个区域的波函数都有一般形式。通过匹配波函数及其在边界处的导数，可以得到隧穿概率。这种形式的一个简单应用是电子隧道通过一个高度为v0和宽度为a的单一势垒。

可以看出，在室温下可以得到一个较大的峰-谷电流比。正如从简单的论证中所预期的那样，存在一个负阻力的区域。负电阻可用于微波器件或数字应用。

量子干涉效应在完美周期势中，电子波函数的形式为ψk(r)=uk(r)eik·r，电子在结构中传播时保持其相位相干性。

然而，在一个真实的材料中，电子从各种来源散射。

在高质量半导体（大多数信息处理设备的首选材料）中，在室温下的平均自由路为∼100˚A，在液氦条件下为∼1000˚A。

对于亚微米器件，可以在半导体器件中看到在极低温下的量子干涉效应。

参考文献：

【1】电力电子器件及其应用的现状和发展[J].

【2】新型电力电子器件与功率集成电路最新进展[J].

【3】电力电子器件的发展现状和技术对策[J].

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在量子力学中，电子是具有离散电荷、振幅、相位和自旋的波（或波包）。

然而，我们考虑过的所有电子设备，都没有明确地使用这些功能。传统的电子器件不使用电子的波性质（例如不使用干扰效应），也不使用电子电荷的离散性质在电流或电导中反射。

电子的自旋也不直接用于二极管或晶体管中。

这有几个原因。器件体积较大，使得散射效应占主导地位，电子相位信息丢失。而且，电子的数量非常大（比如数十亿个或更多），因此电子电荷的离散性质并不重要。

最后，在传统的半导体中，没有一种简单的方法来区分电子自旋。

到目前为止，所讨论的器件中的电荷输运，是在玻恩近似或费米金规则中描述的。这涉及到自由的自由飞行和散射过程。虽然这种方法与现代微电子设备相当相关，但有一些重要的问题没有被这种方法所描述。

这些问题与电子的波性质、电流耀流中电荷的离散性质和电子的自旋有关。

随着半导体器件的发展和缩小，这些问题正变得越来越重要。在本文中，我们将讨论一些传输问题和随着设备变得越来越小而逐渐突出的设备。

我们将特别讨论利用电子相、离散电子电荷和电子自旋的器件。

让我们回顾一下散射是如何因晶体质量和器件尺寸而膨胀的。我们展示了一个没有散射源的完美晶体。当然，在真实的材料中，即使在完美的材料中，我们也有与声子相关的波动。

然而，在短时间内或在非常低的温度下，可以考虑一种没有散射的材料。

当没有散射时，有几种类型的输运是有趣的： i)弹道输运，相干传输和介观设备完美的晶体材料与刚性晶格“小”度无序“大”无序非常小结构没有散射：布洛赫振荡散射、流动性、速度场关系捕获传导电子波，基于量子化传输单电子传输。

根据修正后的牛顿方程移动和布洛赫振荡，即电子在到达布里渊区边缘时，在k空间中振荡，此外，我们还可以有隧穿型输运和量子干涉效应。

电子的波形性质和电荷的量子化，也导致了电导量子化和库仑封锁效应。最后，如果电子的自旋可以被操纵，就可以产生新的器件。

我们展示了存在小程度紊乱的情况。这是一种情况下，波恩近似可以使用和在这些条件下的运输。

结构无序度较大的情况。这发生在非晶态材料中，导致局域态（带尾）和用“跳跃”行为描述的输运。

无序半导体（或非晶半导体）的输运相对较差，主要用于低成本的应用，如用于显示的薄膜晶体管。这类设备对于本文主要关注的高性能设备无效。

最后，我们展示了非常小的器件（几十个原子跨越）的情况。这种结构被称为介观结构，并随着制造技术的改进而变得越来越重要。

介观结构具有许多非常有趣和潜在的重要的输运特性。单电子效应和自旋效应都表现在这种结构中。

根据布洛赫定理，一个电子波函数，由一个具有中心单元周期部分的平面波来描述。当然，晶体必须是刚性的，因为即使在一个无缺陷的结构中，晶格振动也会引起散射。

当电子在晶体中不发生散射时，会产生许多有趣的效应。

其中一个效应是齐纳-布洛赫振荡。

必须注意的是，正如电子在晶体中的真实空间中看到一个周期性的势一样，能带结构E vs k在k空间中也是周期性的。

因此，区域边缘的电子被“反射”，在五场的运动中开始失去能量。

参考文献：

【1】论电力电子器件及其应用的现状和发展[J].

【2】电力电子器件在节能领域中的应用[J].

【3】电力电子器件的运用分析[J].

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研究利用自主研发的具有能量-动量二维解析能力的高分辨电子能量损失谱仪，在实验上观测到了拓扑节线半金属体系ZrSiS中三支起源于节线电子的等离激元模式。科研人员结合理论计算发现等离激元的诸多特性：（1）三支等离激元能量处在红外波段，均表现出正色散关系，从能量由低到高三个模式进入电荷空穴连续区的动量逐渐变大。沿着表面布里渊区两个高对称方向图片和图片测到的三个等离激元的色散具有较好的一致性，这与理论上预测的节线半金属呈现出各向异性的等离激元不同；（2）变温实验表明三支模式在能量和色散上均呈现出较强的温度稳定性，不同于已有理论工作对半金属等离激元模式温度依赖关系的预测，表现出更倾向于金属等离激元的性质……上述特性使得ZrSiS成为研究具有热稳定性的红外等离激元应用的理想平台。该工作首次对拓扑节线半金属体系等离激元色散直接观测，开辟了拓扑节线半金属中等离激元的实验研究[强]

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