В физике твёрдого тела энергетическая щель, или запрещённая зона — это диапазон энергий в твёрдом теле, где отсутствуют электронные состояния, то есть диапазон энергий, где плотность состояний равна нулю.
В частности, в физике конденсированных сред энергетическую щель часто называют спектральной щелью, хотя этот термин не обязательно должен относиться только к электронам или твёрдым телам.
Ширина запрещённой зоны Если в зонной структуре материала существует энергетическая щель, то она называется запрещённой зоной. Физические свойства полупроводников в значительной степени определяются их запрещёнными зонами, но для изоляторов и металлов зонная структура — и, следовательно, любые возможные запрещённые зоны — определяют их электронные свойства.
Сверхпроводники Для сверхпроводников энергетическая щель представляет собой область подавленной плотности состояний вокруг энергии Ферми, причём размер энергетической щели значительно меньше энергетического масштаба зонной структуры. Сверхпроводящая энергетическая щель является ключевым аспектом в теоретическом описании сверхпроводимости и, следовательно, занимает видное место в теории БКШ. Здесь размер энергетической щели указывает на выигрыш в энергии для двух электронов при образовании куперовской пары. Если обычный сверхпроводящий материал охлаждается из металлического состояния (при более высоких температурах) в сверхпроводящее состояние, то сверхпроводящая энергетическая щель отсутствует выше критической температуры . При переходе в сверхпроводящее состояние она начинает открываться и увеличивается при дальнейшем охлаждении. Теория БКШ предсказывает, что размер энернетической щели для обычных сверхпроводников при нулевой температуре связана с их критической температурой : (где постоянная Больцмана ).
Псевдощель Если плотность состояний подавлена вблизи энергии Ферми, но не полностью исчезает, то это подавление называется псевдощелью. Псевдощели экспериментально наблюдаются в различных классах материалов; ярким примером являются высокотемпературные сверхпроводники на основе купратов.
Жёсткая и мягкая щели Если плотность состояний обращается в нуль в расширенном диапазоне энергий, то её также называют жёсткой щелью. Если же плотность состояний обращается в нуль только для одного значения энергии (при этом подавляясь, но не обращаясь в нуль для близких значений энергии), то её называют мягкой щелью. Типичным примером мягкой щели является кулоновская щель, существующая в системе локализованных электронных состояниях с кулоновским взаимодействием.
Примечания
Категория:Сверхпроводимость