جرم مؤثر (فیزیک حالت جامد). ( در فیزیک حالت جامد ) جرم مؤثر ذرات که اغلب با نماد {*m} نمایش داده می شود جرم توده ای از یک گروه ذرات است که نسبت به تآثیر برهم کنشی نیروهای وارده، یا توزیع حرارتی ، در تعامل با سایر ذرات رفتاری مشابه و یکسان دارد . در توزیع حرارتی یکی از نتایج تئوری جامدات این است که حرکت ذرات در پتانسیل دوره ای ، در مسافت های طولانی بزرگتر از فاصله شبکه ، می تواند با حرکت آنها در یک خلاء بسیار متفاوت باشد. جرم مؤثر کمیتی است که برای ساده سازی ساختار با مدل سازی رفتار یک ذره آزاد با آن جرم استفاده می شود. برای برخی از اهداف و برخی مواد ، جرم مؤثر می تواند ثابت ساده ماده باشد. اما به طور کلی ، مقدار جرم مؤثر به هدف استفاده شده بستگی دارد و بسته به تعدادی از عوامل متفاوت است.
جرم مؤثر الکترونها یا حفره های الکترونی در یک جامد به صورت ( me ) بیان می شود که مقدار آن برابر ۶۹۶۹۹۱۰۹۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰♠۹٫۱۰۹×۱۰−۳۱ kgمی باشد . در این واحدها معمولاً در محدوده 0. 01 تا 10 قرار دارد ولی این مقادیر می تواند پایین تر یا بالاتر باشد - برای مثال ، در مواد فرمیون سنگین 1000 و یا در مورد گرافن ( بسته به تعریف ) از صفر تا بی نهایت به دست می آید. جرم مؤثر، ساختار کلی تئوری باند را ساده تر می کند. همچنین جرم مؤثر الکترونیکی می تواند به عنوان یک پارامتر اساسی مهم بر خواص قابل اندازه گیری یک جامد از جمله بازده الکترونیکی سلول خورشیدی تا سرعت الکترونها در یک مدار یکپارچه ، تأثیر گزار باشد.
در بالاترین ظرفیت انرژی باند یا شبکه در بسیاری از نیمه هادی ها مانند : ( Ge ، Si ، GaAs ، . . . ) و کمترین انرژی شبکه انتقال در برخی از نیمه هادی ها مانند ( GaAs ، . . . ) ، انرژی شبکه ( E ( k می تواند به صورت زیر باشد:
E ( K ) = E 0 + ℏ 2 K 2 2 m ∗
در رابطه فوق :
( E ( k انرژی یک الکترون نسبت به موج در راستای محور ( K ) ، E0 ثابت انرژی ، و *m یک ثابت ( جرم مؤثر ) می باشد. می توان نشان داد که الکترونهای قرار داده شده در این شبکه ( به جز الکترون های با جرم متفاوت ) مادامی که انرژی آنها در محدوده تقریب فوق باقی بماند به صورت الکترونهای آزاد رفتار می کنند. بنابراین می بایست در مدل هایی مانند مدل درود، جرم الکترون با جرم مؤثر جایگزین گردد.
یکی از ویژگی های قابل توجه این است که توده مؤثر ، وقتی فاصله منحنی ساختار نسبت به سطح ماکزیمم به سمت پایین حداکثر می شود ، می تواند منفی باشد. در نتیجه این حالت ( جرم مؤثر منفی ) ، الکترون ها با به دست آوردن سرعت در جهت مخالف نسبت به حالت عادی ، به نیروهای الکتریکی و مغناطیسی پاسخ می دهند. در نتیجه حتی اگر این الکترون ها دارای بار منفی باشند ، در مسیرهایی حرکت می کنند که گویی بار مثبت دارند ( و جرم مثبت دارند ) . این مسئله وجود سوراخهای ساختار شبکه ( باند ) والانس ، ذرات مثبت با جرم مثبت را که در نیمه هادی ها یافت می شود ، توضیح می دهد.
این نوشته برگرفته از سایت ویکی پدیا می باشد، اگر نادرست یا توهین آمیز است، لطفا گزارش دهید: گزارش تخلفجرم مؤثر الکترونها یا حفره های الکترونی در یک جامد به صورت ( me ) بیان می شود که مقدار آن برابر ۶۹۶۹۹۱۰۹۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰♠۹٫۱۰۹×۱۰−۳۱ kgمی باشد . در این واحدها معمولاً در محدوده 0. 01 تا 10 قرار دارد ولی این مقادیر می تواند پایین تر یا بالاتر باشد - برای مثال ، در مواد فرمیون سنگین 1000 و یا در مورد گرافن ( بسته به تعریف ) از صفر تا بی نهایت به دست می آید. جرم مؤثر، ساختار کلی تئوری باند را ساده تر می کند. همچنین جرم مؤثر الکترونیکی می تواند به عنوان یک پارامتر اساسی مهم بر خواص قابل اندازه گیری یک جامد از جمله بازده الکترونیکی سلول خورشیدی تا سرعت الکترونها در یک مدار یکپارچه ، تأثیر گزار باشد.
در بالاترین ظرفیت انرژی باند یا شبکه در بسیاری از نیمه هادی ها مانند : ( Ge ، Si ، GaAs ، . . . ) و کمترین انرژی شبکه انتقال در برخی از نیمه هادی ها مانند ( GaAs ، . . . ) ، انرژی شبکه ( E ( k می تواند به صورت زیر باشد:
E ( K ) = E 0 + ℏ 2 K 2 2 m ∗
در رابطه فوق :
( E ( k انرژی یک الکترون نسبت به موج در راستای محور ( K ) ، E0 ثابت انرژی ، و *m یک ثابت ( جرم مؤثر ) می باشد. می توان نشان داد که الکترونهای قرار داده شده در این شبکه ( به جز الکترون های با جرم متفاوت ) مادامی که انرژی آنها در محدوده تقریب فوق باقی بماند به صورت الکترونهای آزاد رفتار می کنند. بنابراین می بایست در مدل هایی مانند مدل درود، جرم الکترون با جرم مؤثر جایگزین گردد.
یکی از ویژگی های قابل توجه این است که توده مؤثر ، وقتی فاصله منحنی ساختار نسبت به سطح ماکزیمم به سمت پایین حداکثر می شود ، می تواند منفی باشد. در نتیجه این حالت ( جرم مؤثر منفی ) ، الکترون ها با به دست آوردن سرعت در جهت مخالف نسبت به حالت عادی ، به نیروهای الکتریکی و مغناطیسی پاسخ می دهند. در نتیجه حتی اگر این الکترون ها دارای بار منفی باشند ، در مسیرهایی حرکت می کنند که گویی بار مثبت دارند ( و جرم مثبت دارند ) . این مسئله وجود سوراخهای ساختار شبکه ( باند ) والانس ، ذرات مثبت با جرم مثبت را که در نیمه هادی ها یافت می شود ، توضیح می دهد.
