kaistanleveydet

Kaistan leveydet kuvaavat kiinteän aineen elektronien energian kaistojen laajuutta. Jokaisella kaistalla on energian alue, jonka elektronit voivat käyttää, ja kaistan leveys W määritellään yleisesti Emax − Emin, eli suurimman ja pienimmän energian välinen ero kyseisessä bandissä. Kaistan leveys ilmaisee, kuinka laajasti elektronit ovat delokalisoituneita ja kuinka suurta energiaa elektronien liikuttaessa on käytettävissä.

Kaistan leveydet syntyvät elektronien kiertymisestä kristallin aikana ja ne riippuvat orbitalien päällekkäisyydestä sekä lattice-geometriasta. Suurempi orbitalien overlap ja korkeampi koordinointinumero — käytännössä tiheämpi ja monimutkaisempi rakenne — yleensä lisää kaistan leveyttä. Siksi ioneilla ja yhdisteillä, joissa elektronit ovat hyvin liikkuvia, kaistan leveydet ovat suuria, kun taas lokalisoituneet d- tai f-orbitaalit voivat johtaa kapeisiin kaistoihin. Painetta, lämpötilaa ja kemiallista koostumusta muuttamalla kaistan leveydet voivat muuttua.

Kaistan leveydet vaikuttavat suoraan elektronien kulkevuuteen ja massoihin: suuret leveydet liittyvät pienempään effectief massaan ja parempaan johtavuuteen, kun taas pienet leveydet voivat edistää elektronien lokalisaatiota ja korrelaatioilmiöitä. Hubbardin malli ja Mottin siirtymä korostavat, miten U (sitan paikallinen vuorovaikutus) suhteessa W:n määrää metallisen tai eristetyn tilan.

Laskenta ja mittaaminen perustuvat bandirakenteen tutkimukseen: tiheysfunktio- tai tiheä-atomiasiirto (DFT) ja GW-lähestymistavat sekä kokeellinen ARPES-mittaus. Kaistan leveydet ovat tärkeitä arvioitaessa materiaaleja esimerkiksi johtavuuden, optisten ominaisuuksien ja korrelaatioefektien kannalta.