三。电子的准动量hk:在外场中,电了所受的力为F,在dt时间内,外场对电子所做的功为Fd根据功能原理,有F.vdt=dE=V,E.dkdkF-h:V=0dt在平行于v的方向上,hdk/dt和F的分量相等;当F与速度V垂直时,不能用功能原理来讨论电子能量状态的变化,但是我们仍可以证明在直于速度的方向上,hdk/dt和外力F的分量也相等
dkF=hdt上式是电子在外场作用下运动状态变化的基本公式,因为k的性质像是Bloch电子的动量,所以在这个意义上,上式可以简单表述为:动量对时间的变化率等于力,即具有生顿第二定律相似的形式,称之为加速度定理,是Bloch电子动力学方程之一。准动量不是Bloch电子严格意义上的动量,严格意义上的动量的变化率等于作用在电子上面所有力的和,而准动量的变化率只是外场力作用的结果,这里没有包括晶格势场作用力。在外场存在的电子动力学问题中,晶体动量比真实动量更有用,因为在k空间中去领会运动要比真实空间更容易
hk是Bloch电子准动量的另一种说明:对于自由电子,k-p/h就是电子的动量Khvek- =hky()11对于晶体周期场中的电子用Bloch波描述,动量算符作用下h大VWINeik.hhVunkte(ri这表明Bloch波不是动量算符的本征函数。在晶体周期场中,是动量概念的扩展,称为准动量或电子晶格动量
四,电子的加速度和有效质量晶体中电子运动的准经典模型为:外场用经典方式处理,晶体周期场用能带论的处理,电子位置用Bloch波包的中心位置代替。准经典运动的基本关系式:di=D,(k)=IV,F,(k)dthdkF = -e[E(T,I)+D,(K)×B(F,1)大相当于牛顿第二定律dt此外,假定能带指标n是运动常数,即电子总是呆在同一能带中,忽略电子在能带之间的跃迁
从电子运动的基本关系式可以直接导出在外力作用下电子的加速度。1.一维情况d'EFdE1 dkdyd1a=dk?d?Eh dthdtdt(h dkdk2h?m引入电子的有效质量:d'Edk2由于周期场的作用,当把加速度在形式上写成仅由外力引起的形式时,外力与加速度之间的关系显然不是由电子的惯性质量所联系的,而必须引入一个有效质量的概念,它计入了周期场的影响