合金电子理论
研究合金中电子运动的特点与规律的理论
合金电子理论(alloys, electron theory of)是研究合金电子运动的特点与规律的理论。合金是由两种或多种金属元素,或金属元素与非金属元素组成的具有金属特性的固体
合金的相
依其组分比可有多种相,同一相的物质具有一定的化学成分、晶体结构物性。Cu和Zn按不同比例制成的合金有多种相。当Zn含量小于30%时,Cu–Zn合金是α相,具有面心立方结构;而当Zn含量在50%左右,Cu–Zn合金是β相,具有体心立方结构。此外,Cu–Zn合金还有其他结构较复杂的几个相。对于这种以Cu、Ag、Au等贵金属为基的合金,每个原子的平均价电子数起主导作用,这就是电子相合金。
在AxB1-x合金中由于B在基质A的晶格随机分布,合金中周期性不再完美,但能带理论的结果还具有一定意义。为此,早期人们提出一些简单的模型
刚性能带模型
这是一种经验方法。对于某一类合金,设定一个固定能带的状态密度g(E),E为价电子能量。价电子的密度电子充填至费米能级EF的条件来决定。函数g(E)的形式参照材料的电子比热实验数据来选择。G.夫里德耳用此方法处理了含3d过渡元素的合金。
虚晶模型
许多学者对AxB1-x合金的用设想的周期性势〈V〉来代表:〈V〉=xVA+(1-x)VB势的权重就是组分占有的百分数。在〈V〉代表的虚晶势场中运动的单电子,可用能带论的标准方法求得相应的能带结构。这个模型元素A和B的势VA和VB差别不大的情况是一种不太差的近似。H.琼斯就是依此解释W.休谟–饶塞里的合金相与平均价电子数的经验关系。
虚晶模型是零级近似。基于各原子实价电子散射效应,1967年以来发展了一种“相干势近似”方法来研究合金的电子态和能谱,可自洽地逐级造出一个假想的晶体势,使不同原子的无序分布所产生的散射后果逐级地统计相消。这个方法虽然较繁,但在研究金属半导体超导体各自合金的电子结构和电子特性方面的应用,取得了与实验测量较符合的结果。
类型
如果合金组分适当,经过退火可形成有序结构,其中各种原子呈周期性排列,这就是有序合金。如二元合金CuxAu1-x当其组分满足化学式Cu3Au和CuAu时,就可由退火得到相应的有序合金。同成分的有序合金比无序合金的电阻率有明显降低。X射线衍射可直接证实这种有序合金的晶体结构
其他合金系统
除了电子相合金外,还有由化学键起主导作用而结合起的金属间化合物,由组分原子半经之比起决定作用的间隙相,这两类合金的电子能谱均可用能带标准方法来处理。
固体的多电子量子理论也可用于合金系统。在研究合金超导电性取得成功,在研究非磁金属中磁性杂质产生的近藤效应,以及在探索电子有效质量特别大的一类金属化合物——重费米子金属的微观机制方面,都取得了较好的结果。
参考资料
最新修订时间:2023-08-16 21:48
目录
概述
合金的相
刚性能带模型
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