Электронная теплоёмкость - часть полной теплоёмкости твёрдого тела, обусловленная тепловым движением
электронов. Электронная теплоёмкость диэлектриков и слаболегированных полупроводников, как правило, пренебрежимо мала. В вырожденных полупроводниках и металлах
(в несверхпрово-дящем состоянии) при достаточно низких темп-pax электронная теплоёмкость С, вносит заметный вклад в полную теплоёмкость С. Его можно оценить,
рассматривая электроны (или дырки) как идеальный ферми-газ квазичастиц, характеризующихся
нек-рой плотностью состояний 2N(), где N()- плотность одночастичных состояний с определ. проекцией спина. Тепловое возбуждение
испытывают лишь квазичастицы в интервале энергий ~kT вблизи уровня Ферми
; при kT<<
их число ~2N()kT, а их тепловая энергия ~2N()(kT)2, следовательно, Cэ~2N()k2T. Т. о., теплоёмкость вырожденного газа электронов или дырок подчиняется линейному
закону и при достаточно низких Т может превзойти решёточную теплоёмкость
Ср=bТ3. Более детальный расчёт при тех же условиях
приводит к ф-ле:
Соотношение (1) используют
для определения значений N().
Для разделения электронного и решёточного вкладов в теплоёмкость данные о полной
низкотемпературной теплоёмкости обычно аппроксимируют полиномом нечётных степеней
по T:
Члены, содержащие T5
и более высокие степени Т, обусловлены отклонением свойств реального
кристалла от описываемых Дебая теорией; если они малы в сравнении с предыдущими,
то коэф. g и b можно найти соответственно по отсечке и наклону графич. зависимости
С/Т от Т2, экстраполированной к T=0 К.
Ф-ла (1) неприменима в
тех случаях, когда для участвующих в тепловом возбуждении электронов N()
имеет выраженную структуру. Напр., если тепловое движение электрона представляет
собой переходы между двумя уровнями, разделёнными энергетич. щелью Д, то Э.
т. имеет т. н. аномалию Шоттки:
Здесь N - число одноэлектронных
центров с двухуровневым спектром. Щель D в спектре электронных возбуждений появляется
также при переходе металлов и вырожденных полупроводников в сверхпроводящее
состояние; вследствие этого их электронная теплоёмкость становится экспоненциально малой при kT<<D.
В точке сверхпроводящего перехода (Т= Тс ) Электронная теплоёмкость имеет характерную
для фазовых переходов II рода особенность, наблюдаемую в виде скачка dС. В приближении
слабой связи dС1,43gТс. Этот факт используют для идентификации перехода проводника в состояние объёмной
сверхпроводимости; в случае поверхностной сверхпроводимости скачок Э.
т. мал соответственно кол-ву сверхпроводящей фазы.
Литература по
Киттель Ч., Введение в физику твердого тела, пер. с англ., М., 1978. С. Н. Лыков.
Знаете ли Вы, что "тёмная материя" - такая же фикция, как черная кошка в темной комнате. Это не физическая реальность, но фокус, подмена. Реально идет речь о том, что релятивистские формулы не соответствуют астрономическим наблюдениям, давая на порядок и более меньшую массу и меньшую энергию. Отсюда сделан фокуснический вывод, что есть "темная материя" и "темная энергия", но не вывод, что релятивистские формулы не соответствуют реалиям. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.
), где N(
)- плотность одночастичных состояний с определ. проекцией спина. Тепловое возбуждение
испытывают лишь квазичастицы в интервале энергий ~kT вблизи уровня Ферми
; при kT<<
их число ~2N(
)kT, а их тепловая энергия ~2N(
)(kT)2, следовательно, Cэ~2N(
)k2T. Т. о., теплоёмкость вырожденного газа электронов или дырок подчиняется линейному
закону и при достаточно низких Т может превзойти решёточную теплоёмкость
Ср=bТ3. Более детальный расчёт при тех же условиях
приводит к ф-ле:
).
Для разделения электронного и решёточного вкладов в теплоёмкость данные о полной
низкотемпературной теплоёмкости обычно аппроксимируют полиномом нечётных степеней
по T:
)
имеет выраженную структуру. Напр., если тепловое движение электрона представляет
собой переходы между двумя уровнями, разделёнными энергетич. щелью Д, то Э.
т. имеет т. н. аномалию Шоттки:
1,43gТс. Этот факт используют для идентификации перехода проводника в состояние объёмной
