Lý thuyết dải năng lượng, chất bán dẫn

Dụng cụ

• Mô hình 3D nón Dirac của graphene (hình 1)
• Thanh trượt Độ lệch khe (độ mở khe) và Mức Fermi
• Hình 2 dải năng lượng với thanh trượt Tham số mô hình và Thời gian

Các bước tiến hành

1. Quan sát nón Dirac khi khe đóng

   Ở hình 1, đặt «Độ lệch khe» = 0: hai dải chạm nhau tại điểm Dirac, electron có khối lượng hiệu dụng bằng 0 — đặc trưng graphene. Kéo «Mức Fermi» để thấy các trạng thái bị chiếm dịch lên/xuống nhưng luôn có trạng thái sẵn để dẫn.

2. Mở khe năng lượng

   Tăng «Độ lệch khe» từng nấc: hai dải tách ra, khe $E_g$ xuất hiện tại điểm Dirac. Đặt «Mức Fermi» vào giữa khe: không còn trạng thái nào để electron bứt lên dễ dàng — hệ chuyển từ bán kim loại sang bán dẫn/cách điện.

3. Đọc phổ dải trong hình 2

   Dùng «Tham số mô hình» đổi độ rộng dải và quan sát đường E(k); bấm «Tạm dừng» để đọc mức. So sánh trường hợp Fermi nằm trong dải (kim loại: dẫn tốt) với nằm trong khe rộng (cách điện) — bán dẫn là khe hẹp ~1 eV, nhiệt độ có thể đẩy electron qua khe.

4. Dự đoán tính dẫn theo cấu hình

   Với mỗi cặp (độ lệch khe, mức Fermi) bạn chọn, dự đoán kim loại/bán dẫn/cách điện trước khi quan sát; sau đó giải thích kết quả bằng vị trí $E_F$ so với $E_g$. Mở rộng: dopant n (thêm electron) đẩy $E_F$ lên gần dải dẫn — thử mô phỏng bằng cách kéo Mức Fermi.

Mô phỏng

Lịch sử thí nghiệm

Nhà vật lý liên quan

Chủ đề liên quan trong thư viện