电子态密度(density of electronic states)在
电子能级为准
连续分布的情况下,
单位能量间隔内的电子态数目。
电子态密度的定义是:在
电子能级为准连续分布的情况下,单位能量间隔内的电子态数目。若用△Z表示能量在E与E+△E间隔内的电子态数目,则
能态密度函数的定义为 N(E)。如果在
k空间中作出等能面,即E(k)~常数,那么在等能面E(k)=E和E(k)=E+△E之间的状态的数目就是△Z。(式子1)
由于状态在h空间分布是均匀的,密度为 ,△Z可以表示为(式子2)式中V为
晶体体积,ds为k空间中
体积元,积分对等能面进行,dk为两等能面间的
垂直距离。△E可以表示为(式子3)是沿
法线方向能量的改变率,代入式(2)和(1), 并考虑到
电子自旋,最后可能 N(E)= (式子4) 由上式可知,在相应于 为零的点的能量附近,态 密度会显示出结构。这些由于
晶体的对称性和周期性而必定存在的点,称为范霍甫奇点。在范霍甫奇点处的那些态的能量,可通过光学或
X射线方法测量确定。
(1) 在整个能量区间之内分布较为平均、没有局域尖峰的
DOS,对应的是类sp带,表明电子的非局域化性质很强。相反,对于一般的
过渡金属而言,d轨道的DOS一般是一个很大的尖峰,说明d电子相对比较局域,相应的
能带也比较窄。
(2) 从DOS图也可分析
能隙特性:若
费米能级处于DOS值为零的区间中,说明该体系是半导体或
绝缘体;若有分波DOS跨过费米能级,则该体系是金属。此外,可以画出分波(PDOS)和局域(LDOS)两种
态密度,更加细致的研究在各点处的分波成键情况。
赝能隙直接反映了该体系成键的共价性的强弱:越宽,说明共价性越强。如果分析的是
局域态密度(LDOS),那么赝能隙反映的则是相邻两个原子成键的强弱:赝能隙越宽,说明两个原子成键越强。上述分析的理论基础可从紧束缚理论出发得到解释:实际上,可以认为
赝能隙的宽度直接和Hamiltonian矩阵的
非对角元相关,彼此间成单调递增的
函数关系。
(4) 对于自旋极化的体系,与能带分析类似,也应该将majority spin和minority spin分别画出,若
费米能级与majority的DOS相交而处于minority的DOS的
能隙之中,可以说明该体系的自旋极化。
(5) 考虑LDOS,如果相邻原子的LDOS在同一个能量上同时出现了尖峰,则我们将其称之为杂化峰(hybridized peak),这个概念直观地向我们展示了相邻原子之间的作用强弱。