德鲁德模型

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电传导的德鲁德模型,用来解释电子在材料(特别是金属)中的传输特性。 基本上,欧姆定律是成立的,它指出电流 J 和驱动电流的电压 V 与材料的电阻 R 相关。 电阻的倒数称为电导。 当我们考虑单位长度和单位横截面积的金属时,电导称为电导率,它是电阻率的倒数。 德鲁德模型试图根据金属中相对固定的离子对电子(电的载流子)的散射来解释导体的电阻率,这些离子起到阻碍电子流动的作用。 该模型是动力学...
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德鲁德模型

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电传导的德鲁德模型,用来解释电子材料(特别是金属)中的传输特性。 基本上,欧姆定律是成立的,它指出电流 J 和驱动电流的电压 V 与材料的电阻 R 相关。 电阻的倒数称为电导。 当我们考虑单位长度和单位横截面积的金属时,电导称为电导率,它是电阻率的倒数。 德鲁德模型试图根据金属中相对固定的离子对电子(电的载流子)的散射来解释导体的电阻率,这些离子起到阻碍电子流动的作用。

该模型是动力学理论的应用,假设固体中电子的微观行为可以用经典方法处理,其行为很像弹球机,不断抖动的电子海洋从较重、相对静止的电子上弹跳和再弹跳 正离子。

德鲁德模型的两个最重要的结果是电子运动方程

d d t ⟨ p ( t ) ⟩ = q ( E + ⟨ p ( t ) ⟩ × B m ) − ⟨ p ( t ) ⟩ τ ,

电流密度J与电场E成线性关系,

J = ( n q 2 τ m ) E 。

这里的 t 是时间,⟨p⟩ 是每个电子的平均动量,q、n、m 和 τ 分别是电子电荷、数密度、质量和离子碰撞之间的平均自由时间。 后一个表达式特别重要,因为它以半定量的方式解释了为什么欧姆定律(所有电磁学中最普遍的关系之一)应该成立。

历史

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用现代术语来说,这反映在价电子模型中,其中电子海仅由价电子组成,而不是固体中可用的全套电子,散射中心是紧密结合电子的内壳 核。 散射中心带有相当于原子价数的正电荷。这种相似性增加了 Drude 论文中的一些计算错误,最终提供了合理的固体定性理论,能够在某些情况下做出良好的预测并给出完全错误的结果 在其他人中。 每当人们试图对散射中心的性质、散射的机制以及散射长度的含义给出更多的实质和细节时,所有这些尝试都以失败告终。

德鲁德模型中计算的散射长度是 10 到 100 个原子间距离的数量级,而且这些也无法给出适当的微观解释。

德鲁德模型

德鲁德散射不是现代理论中的次要现象电子-电子散射,也不是给定电子最多被原子核吸收的核散射。 该模型在微观机制上仍然有点沉默,用现代术语来说,这就是现在所谓的主要散射机制,其中潜在现象可能因情况而异。

该模型可以更好地预测金属,尤其是在电导率方面,有时被称为德鲁德金属理论。 这是因为金属本质上更接近于自由电子模型,即金属没有复杂的能带结构,电子本质上表现为自由粒子,而在金属的情况下,离域电子的有效数量本质上是 与价数相同。

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