電荷密度波

這個附加調製的周期與晶格周期無關，它由傳導電子在動量空間的費米面的面積來決定。

描述傳導電子的電荷密度10。(，)一般與位置r有關，且具有與正離子晶格相同的空間周期性，具有電荷密度波(CI)w)的金屬其電荷密度由式(1)給出： p(r’)=Po(r)[1 。pcos(Q·，中)]， (1)聲是電荷密度波的振幅，其典型值約為o．1左右。傳導電子的費米面決定電荷密度波的波矢Q。在動量空間，具有半徑加的球形費米面的簡單金屬，其波矢可由式(2)近似給出： Q∽4砷F/^， (2)其中^是普朗克常量，雖然電荷密度波的波長與晶格常數比較接近，但二者之間卻不存在什麼確定的關係，因而可以說電荷密度波是不能通約的。在這樣的情況下，金屬的總能量與式(1)中的相位妒無關，參閱“費米面”(Fermi surface)條。起源 電子間的庫侖相互作用常常使電荷密度波不穩定。這類貢獻有二個，一個是泡利不相容原理引起的交換能，另一個是電子一電子散射引起的相關能。在電荷密度波存在時，這兩個能量減少。但是，經典的靜電能力圖減小這種不穩定性，並將遏制住它的發生，如果正離子晶格不介入的話，參閱“不相容原理”(exclusion principle)條。晶格畸變設“(r)是正離子相對r處晶格的位移，則由式(3)給出的似波位移將產生正離子電荷密度， H(，)一Asin[Q·r 咖。 (3)後者與電荷密度波的電子電荷調製相抵消，位移振幅的典型值是A～10。。一lO_1。米。為達到這點，離子與離子間的相互作用必須很小。由此看來，具有較小彈性模量的金屬更易出現電荷密度波。檢測在單晶x射線散射實驗中，在每個布拉格(Bragg)反射的左右兩邊可觀察到二個較小的次反射信號，便是電荷密度波的明顯示例。此現象的起因是式(3)的晶格位移。這類實驗首先是在金屬二硫化鉭(TaS2)和二硒化鉭(TaSe2)上完成的。它們有三個電荷密度波，Q在六角形平面中彼此夾角120。，當溫度降低時，可觀察到從不可約到可約的躍遷Q，。屆時電荷密度波的長度是某個晶格周期的整數倍。參閱“X射線衍射”(x—ray diffraction)條。費米面的作用對傳導電子能譜有影響的周期勢場導致電荷密度波以自持形式出現。如果原始的費米面與簡單的，例如球面相連，它可能會出現畸變，並擴大聯接的範圍。具有立方對稱性的金屬取得一個電荷密度波的話，其電子的性質將變得非常的各向異性和反常。擴大聯繫的費米面在低溫磁阻效應中可出現引人注目的現象。在鹼金屬(例如鈉和鉀)中可觀察到。