Bandinteractie

Bandinteractie is het fenomeen waarbij energiebanden in een kristallijne stof onderling in interactie treden, waardoor de golffuncties van verschillende banden met elkaar mengen en hybride kenmerken krijgen. Dit kan leiden tot veranderingen in de dispersie van de banden, de bandkloof en de symmetrie van de elektronentoestanden.

Mechanismen die tot bandinteractie leiden, omvatten Coulombkoppeling tussen elektronen in nabije banden, elektron-fonon koppeling die nabije banden met elkaar laat interageren, en spin-orbit koppeling die banden met verschillende spinmengingen verenigt. Externe perturbaties zoals rek (strain) en elektrische velden of magnetische velden kunnen de bandkoppeling verder beïnvloeden. In theoretische modellen zoals de k·p-perturbatietheorie en tight-binding wordt de bandinteractie beschreven als een koppeling tussen basisfuncties van nabije banden.

Gevolgen omvatten bandhybridisatie en anti-crossings, waardoor de dispersie en de effectieve massa van dragers veranderen. Het beïnvloedt optische eigenschappen zoals interbandtransities en oscillatorsterktes en speelt een sleutelrol bij excitonvorming. Bij berekeningen kan bandinteractie ook leiden tot renormalisatie van de bandkloof onder invloed van druk, temperatuur of onderlinge elektronisch verband.

Toepassingen en context: bandinteractie is essentieel in halfgeleiders en nanostructuren zoals quantum wells en tweedimensionale materialen, waar rek en spin-orbit koppeling de bandstructuur bepalen. In topologische systemen levert sterke bandinteractie de kenmerkende bandovergangen en oppervlakte-toestanden op.

Het begrip bandinteractie is cruciaal voor het ontwerpen van elektronische en opto-elektronische apparaten en voor het begrijpen van de optische respons van materialen.