bandstructuur

Bandstructuur is het verband tussen de energie E en het kristal-momentum k voor elektronen in een kristallijne stof. In een periodiek kristal ontstaat een reeks toestanden die bekend staan als banden, gescheiden door bandkansen (band gaps). Door Bloch-theorema hebben de elektronentoestanden de vorm van Bloch-wetten, en E_n(k) kan worden weergegeven in een banddiagram over de eerste Brillouin-zone. De banden rondom het Fermi-niveau bepalen de elektrische eigenschappen van een materiaal.

Een metalen materiaal heeft een gedeeltelijk gevulde band of een beperkte bandgap, waardoor elektronen vrij kunnen bewegen. Een halfgeleider of insulator heeft een relatief grote bandgap tussen de valentieband en de geleidingsband; bij doping kan de Fermi-niveau verplaatst worden zodat elektronen of gaten drager worden. De bandstructuur bepaalt ook de effectieve massa van charge carriers en de optische respons (absorptie, emissie). Bandengineering en heterostructuren worden gebruikt om elektronica en opto-elektronica te ontwerpen.

Berekeningen en metingen: bandstructuren kunnen worden berekend met modellen zoals tight-binding, nearly-free-electron, k·p, of met first-principles-methoden zoals DFT en GW. Metingen: ARPES, inverse photo-emissie, STM/STS. Bandstructuur is cruciaal voor het begrip van geleidbaarheid, mobiliteit, bandgap engineering en materiaalontwerp, zoals silicon, grafene (graphene), en verschillende II-VI/III-V halfgeleiders.