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物理代写|固体物理代写Solid Physics代考|PHY360 Electrons and holes

如果你也在 怎样代写固体物理Solid Physics PHYS7635 PHY360这个学科遇到相关的难题,请随时右上角联系我们的24/7代写客服。固体物理Solid Physics是通过量子力学、晶体学、电磁学和冶金学等方法研究刚性物质或固体。它是凝聚态物理学的最大分支。固体物理学研究固体材料的大尺度特性是如何产生于其原子尺度特性的。因此,固态物理学构成了材料科学的理论基础。它也有直接的应用,例如在晶体管和半导体的技术中。

固体物理Solid Physics是由密密麻麻的原子形成的,这些原子之间有强烈的相互作用。这些相互作用产生了固体的机械(如硬度和弹性)、热、电、磁和光学特性。根据所涉及的材料及其形成的条件,原子可能以有规律的几何模式排列(晶体固体,包括金属和普通水冰)或不规则地排列(非晶体固体,如普通窗玻璃)。

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物理代写|固体物理代写Solid Physics代考|PHY360 Electrons and holes

物理代写|固体物理代写Solid Physics代考|Electrons and holes

The case of semiconductors, characterised by two partially filled topmost bands, is especially intriguing and deserves more attention.

Let us consider a semiconductor with $N_{\mathrm{val}}$ valence electrons and suppose that $N_{\mathrm{CB}}$ ones have been promoted to the conduction band by thermal excitation, while $N_{\mathrm{VB}}=N_{\mathrm{val}}-N_{\mathrm{CB}}$ electrons are left in the valence band. If an electric field is applied, the $N_{\mathrm{CB}}$ electrons in CB provide a contribution $J_{\mathrm{q}, \mathrm{CB}}$ to the total charge current density as large as
$$
J_{\mathrm{q}, \mathrm{CB}} \sim \sum_{k_{\mathrm{occ}} \in \mathrm{CB}} v_{\mathrm{CB}}\left(k_{\mathrm{occ}}\right),
$$
where the sum runs over the wavevectors corresponding to the occupied CB states. Similarly, the VB electrons provide a contribution
$$
J_{\mathrm{q}, \mathrm{VB}} \sim \sum_{k_{\mathrm{occ}} \in \mathrm{VB}} v_{\mathrm{VB}}\left(k_{\mathrm{occ}}\right)
$$

where in this case the sum runs over the wavevectors of the VB states still occupied by the unexcited electrons. It is useful to rewrite this current density contribution in a different way
$$
\begin{aligned}
J_{\mathrm{q}, \mathrm{VB}} & \sim \sum_{k_{\mathrm{occ}} \in \mathrm{VB}} v_{\mathrm{VB}}\left(k_{\mathrm{occ}}\right)+\sum_{k_{\text {cmpty }} \in \mathrm{VB}} v_{\mathrm{VB}}\left(k_{\text {empty }}\right)-\sum_{k_{\text {cmpty }} \in \mathrm{VB}} v_{\mathrm{VB}}\left(k_{\text {empty }}\right) \
& \sim \sum_{\forall k \in \mathrm{VB}} v_{\mathrm{VB}}(k)-\sum_{k_{\text {cmpty }} \in \mathrm{VB}} v_{\mathrm{VB}}\left(k_{\text {empty }}\right),
\end{aligned}
$$
where the $\sum_{k_{\text {empty }} \in \mathrm{VB}} v_{\mathrm{VB}}\left(k_{\text {empty }}\right)$ term is obtained by summing over the wavevectors corresponding to the emptied states in the valence band. By applying the result 8.34 , we understand that the first term on the right-hand side of the above equation is zero since it contains a sum over all the states of a totally filled band. This leads to the remarkable result
$$
J_{\mathrm{q}, \mathrm{VB}} \sim-\sum_{k_{\text {empty }} \in \mathrm{VB}} v_{\mathrm{VB}}\left(k_{\text {empty }}\right),
$$

物理代写|固体物理代写Solid Physics代考|Effective mass

We now readdress the electron dynamics under the action of an external electric field $\mathbf{E}$, preliminarily treated in section 8.3.3 where, however, we only considered the effect of the external force $-e|\mathbf{E}|$. Even if we still assume for the moment an idealised picture where no defects are present and ions are clamped at their ideal positions, we know that an electron travelling within a crystal experiences as well the interactions with the lattice and with all the remaining electrons. In short, we are faced with the problem of inserting the fundamental notion that we are dealing with band electrons, rather than free electrons.

By considering an infinitesimal time interval $d t$, the work done by external force $-e|\mathbf{E}|$ changes the electron energy by the amount
$$
\begin{aligned}
d E_n(k) & =-e|\mathbf{E}| v_n(k) d t \
& =\frac{-e|\mathbf{E}|}{\hbar} \frac{d E_n(k)}{d k} d t,
\end{aligned}
$$

leading to
$$
\frac{d k}{d t}=\frac{-e|\mathbf{E}|}{\hbar}
$$
The rate of change of the electron velocity is
$$
\frac{d v_n}{d t}=\frac{d v_n}{d k} \frac{d k}{d t}=\frac{1}{\hbar} \frac{d^2 E_n(k)}{d k^2} \frac{-e|\mathbf{E}|}{\hbar}
$$
so that its equation of motion is conveniently written in the form
$$
-e|\mathbf{E}|=\left(\frac{1}{\hbar^2} \frac{d^2 E_n(k)}{d k^2}\right)^{-1} \frac{d v_n}{d t}
$$
which indeed represents a very suggestive way of putting things: the quantity
$$
m_{\mathrm{e}}^*=\left(\frac{1}{\hbar^2} \frac{d^2 E_n(k)}{d k^2}\right)^{-1}
$$
plays the role of an electron effective mass, fully incorporating any band feature through the second derivative of the $E_n(k)$ dispersion.

物理代写|固体物理代写Solid Physics代考|PHY360 Electrons and holes

固体物理代写

物理代写|固体物理代写SOLID PHYSICS代考|ELECTRONS AND HOLES

以两个部分填充的最顶层带为特征的半导体情况特别有趣,值得更多关注。
让我们考虑一个半导体 $N_{\mathrm{val}}$ 价电子并假设 $N_{\mathrm{CB}}$ 一些已被热激发提升到导带,而 $N_{\mathrm{VB}}=N_{\mathrm{val}}-N_{\mathrm{CB}}$ 电子留在价带中。如果施加电场,则 $N_{\mathrm{CB}} \mathrm{CB}$ 中的电子提供贡献 $J_{\mathrm{q}, \mathrm{CB}}$ 到总充电电流密度一样大
$$
J_{\mathrm{q}, \mathrm{CB}} \sim \sum_{k_{\mathrm{occ}} \in \mathrm{CB}} v_{\mathrm{CB}}\left(k_{\mathrm{occ}}\right)
$$
其中和运行在对应于被占用的 CB 状态的波向量上。同样,VB电子提供了一个贡献
$$
J_{\mathrm{q}, \mathrm{VB}} \sim \sum_{k_{\mathrm{occ}} \in \mathrm{VB}} v_{\mathrm{VB}}\left(k_{\mathrm{occ}}\right)
$$
在这种情况下,总和遍及仍被末激发电子占据的 VB 态的波矢。以不同的方式重写这个电流密度贡献是有用的
$$
J_{\mathrm{q}, \mathrm{VB}} \sim \sum_{k_{\text {occ }} \in \mathrm{VB}} v_{\mathrm{VB}}\left(k_{\text {occ }}\right)+\sum_{k_{\text {cmpty }} \in \mathrm{VB}} v_{\mathrm{VB}}\left(k_{\text {empty }}\right)-\sum_{k_{\text {cmpty }} \in \mathrm{VB}} v_{\mathrm{VB}}\left(k_{\text {empty }}\right) \sim \sum_{\forall k \in \mathrm{VB}} v_{\mathrm{VB}}(k)-\sum_{k_{\text {cmppy }} \in \mathrm{VB}} v_{\mathrm{VB}}\left(k_{\text {empty }}\right),
$$
在哪里 $\sum_{k_{\text {empty }} \in \mathrm{VB}} v_{\mathrm{VB}}\left(k_{\text {empty }}\right)$ 项是通过对对应于价带中的空态的波矢量求和获得的。通过应用结果 8.34,我们了解到上述等式右侧的第一项为 零,因为它包含完全填充带的所有状态的总和。这导致了显着的结果
$$
J_{\mathrm{q}, \mathrm{VB}} \sim-\sum_{k_{\text {eupty }} \in \mathrm{VB}} v_{\mathrm{VB}}\left(k_{\text {empty }}\right),
$$

物理代写|固体物理代写SOLID PHYSICS代考|EFFECTIVE MASS

我们现在重新讨论外部电场作用下的电子动力学 $\mathbf{E}$, 在第 8.3.3 节中初步处理过,但是,我们只考虑了外力的影响 $-e|\mathbf{E}|$. 即使我们暂时仍然假设一 个理想化的画面,其中不存在缺陷并且离子被固定在它们的理想位置,我们知道在晶体内移动的电子也会经历与晶格和所有剩余电子的相互作 用。简而言之,我们面临着揷入我们正在处理带电子而不是自由电子的基本概念的问题。
通过考虑无穷小的时间间隔 $d t$, 外力所做的功 $-e|\mathbf{E}|$ 改变电子能量的量
$$
d E_n(k)=-e|\mathbf{E}| v_n(k) d t \quad=\frac{-e|\mathbf{E}|}{\hbar} \frac{d E_n(k)}{d k} d t,
$$
导致
$$
\frac{d k}{d t}=\frac{-e|\mathbf{E}|}{\hbar}
$$
电子速度的变化率为
$$
\frac{d v_n}{d t}=\frac{d v_n}{d k} \frac{d k}{d t}=\frac{1}{\hbar} \frac{d^2 E_n(k)}{d k^2} \frac{-e|\mathbf{E}|}{\hbar}
$$
以便其运动方程方便地写成以下形式
$$
-e|\mathbf{E}|=\left(\frac{1}{\hbar^2} \frac{d^2 E_n(k)}{d k^2}\right)^{-1} \frac{d v_n}{d t}
$$
这确实代表了一种非常有启发性的放置方式: 数量
$$
m_{\mathrm{e}}^*=\left(\frac{1}{\hbar^2} \frac{d^2 E_n(k)}{d k^2}\right)^{-1}
$$
扮演电子有效质量的角色,通过二阶导数完全结合任何能带特征 $E_n(k)$ 分散。

物理代写|固体物理代写Solid Physics代考

物理代写|固体物理代写Solid Physics代考 请认准UprivateTA™. UprivateTA™为您的留学生涯保驾护航。

微观经济学代写

微观经济学是主流经济学的一个分支,研究个人和企业在做出有关稀缺资源分配的决策时的行为以及这些个人和企业之间的相互作用。my-assignmentexpert™ 为您的留学生涯保驾护航 在数学Mathematics作业代写方面已经树立了自己的口碑, 保证靠谱, 高质且原创的数学Mathematics代写服务。我们的专家在图论代写Graph Theory代写方面经验极为丰富,各种图论代写Graph Theory相关的作业也就用不着 说。

线性代数代写

线性代数是数学的一个分支,涉及线性方程,如:线性图,如:以及它们在向量空间和通过矩阵的表示。线性代数是几乎所有数学领域的核心。

博弈论代写

现代博弈论始于约翰-冯-诺伊曼(John von Neumann)提出的两人零和博弈中的混合策略均衡的观点及其证明。冯-诺依曼的原始证明使用了关于连续映射到紧凑凸集的布劳威尔定点定理,这成为博弈论和数学经济学的标准方法。在他的论文之后,1944年,他与奥斯卡-莫根斯特恩(Oskar Morgenstern)共同撰写了《游戏和经济行为理论》一书,该书考虑了几个参与者的合作游戏。这本书的第二版提供了预期效用的公理理论,使数理统计学家和经济学家能够处理不确定性下的决策。

微积分代写

微积分,最初被称为无穷小微积分或 “无穷小的微积分”,是对连续变化的数学研究,就像几何学是对形状的研究,而代数是对算术运算的概括研究一样。

它有两个主要分支,微分和积分;微分涉及瞬时变化率和曲线的斜率,而积分涉及数量的累积,以及曲线下或曲线之间的面积。这两个分支通过微积分的基本定理相互联系,它们利用了无限序列和无限级数收敛到一个明确定义的极限的基本概念 。

计量经济学代写

什么是计量经济学?
计量经济学是统计学和数学模型的定量应用,使用数据来发展理论或测试经济学中的现有假设,并根据历史数据预测未来趋势。它对现实世界的数据进行统计试验,然后将结果与被测试的理论进行比较和对比。

根据你是对测试现有理论感兴趣,还是对利用现有数据在这些观察的基础上提出新的假设感兴趣,计量经济学可以细分为两大类:理论和应用。那些经常从事这种实践的人通常被称为计量经济学家。

Matlab代写

MATLAB 是一种用于技术计算的高性能语言。它将计算、可视化和编程集成在一个易于使用的环境中,其中问题和解决方案以熟悉的数学符号表示。典型用途包括:数学和计算算法开发建模、仿真和原型制作数据分析、探索和可视化科学和工程图形应用程序开发,包括图形用户界面构建MATLAB 是一个交互式系统,其基本数据元素是一个不需要维度的数组。这使您可以解决许多技术计算问题,尤其是那些具有矩阵和向量公式的问题,而只需用 C 或 Fortran 等标量非交互式语言编写程序所需的时间的一小部分。MATLAB 名称代表矩阵实验室。MATLAB 最初的编写目的是提供对由 LINPACK 和 EISPACK 项目开发的矩阵软件的轻松访问,这两个项目共同代表了矩阵计算软件的最新技术。MATLAB 经过多年的发展,得到了许多用户的投入。在大学环境中,它是数学、工程和科学入门和高级课程的标准教学工具。在工业领域,MATLAB 是高效研究、开发和分析的首选工具。MATLAB 具有一系列称为工具箱的特定于应用程序的解决方案。对于大多数 MATLAB 用户来说非常重要,工具箱允许您学习应用专业技术。工具箱是 MATLAB 函数(M 文件)的综合集合,可扩展 MATLAB 环境以解决特定类别的问题。可用工具箱的领域包括信号处理、控制系统、神经网络、模糊逻辑、小波、仿真等。

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