Kristalpotentiaal

Kristalpotentiaal on elektroni potentsiaalenergia, mis tekib kristalli ioonide ja elektronide koostoimes. Potentsiaal on perioodiline, mis tähendab, et V(r + R) = V(r) iga kristallvõre R puhul. See perioodiline potentsiaal loob kristalli elektronidele ühtse energiaspektri aluse.

Perioodiline kristalpotentiaal on peamine põhjus, miks kristallides tekkivad energia ribad ja ribalaiused. Selle kaudu omandavad elektronid Blochi lainekuju, mis lubab neil kristallis liiguda kui Blochi lainega ja mis kajastub elektrijuhtivuses, optilistes omadustes ning keemilistes reaktsioonides. Ribade struktuur määrab materjali elektrilised ja termilised omadused ning loob band gap’i pooljuhtide puhul.

Modellid ja arvutusmetoodid. Kristalpotentiaaliga seotud probleeme lahendatakse erinevate lähenemistega. Näiteks peaaegu vaba elektronide mudel (nearly free electron model) ja tihedalt seotud mudel (tight-binding model) kirjeldavad vastavalt laienemise ja aatomite orbitaalide ühinemist. Pseudopotentsiaalid vähendavad tuumade ja sisemiste elektronide mõju, keskendudes väldatud potentsiaalile. Tihti kasutatakse ka tihedusfunktsionaalsuse teooriat (density functional theory, DFT), mis annab efektiivse potentsiaali elektronide positsioonide suhtes.

Seosed ja rakendused. Kristalpotentiaal on keskne mõiste ribade kujunemisel ning määrab materjali elektriliste, optiliste ja termiliste omaduste põhjooni. See on oluline pooljuhtide ja metallide elektrontransporti mõistmisel ning arvutamisel, sisaldades Brillouin tsoonide kujutist ja energia ribade struktuuri ning mõjutades nii valgustamis- kui ka dopingu mõju materjalidele. Seetõttu on kristalpotentiaal ühendav alus ning teooria ja eksperimentide vahelise koostöö keskmes.