电子关联效应在固体物理教学中的意义探讨

郭星原，刘 凡，陈姝君

(吉林大学物理学院凝聚态物理系，吉林 长春 130012)

固体物理基础教学中的独立电子近似和单电子近似，忽略了电子之间相互作用，将电子系统视为相互独立的理想气体，仅考虑单电子与晶体的周期结构之间的相互作用，从而得到了固体的能带结构.尽管它忽略了电子与电子、电子与离子实的相互作用，却从理论上可以解决许多的物理问题.比如基于单电子近似的能带理论，阐明了固体的电子结构，解释了固体物质为什么可分为金属、半导体和绝缘体；建立了定量理解半导体和金属输运特性的理论框架.

从物理上看，能带理论的假设是Bloch电子在周期性晶格中的运动，即把电子的运动归结为Bloch波在周期性结构中的传播.这就提供了许多想象空间，如80年代出现的光子晶体，就是对能带理论应用的拓展，即光波(电磁波)在周期性晶格中(超晶格)的传播，也会出现像电子在周期性晶体中传播的特性，进而对不同波长的电磁波实现调控.因此，能带理论的好多结论可以直接应用到光子晶体上.类似的概念也可体现在原子论部分，比如晶格动力学部分，原子振动的形式为格波，格波的能量量子化为声子，可以认为声子气体在周期性晶格中运动，这样可以获得更丰富的物理图像. 在此基础上，加上在近似过程中忽略掉的相互作用，许多新的物理现象才能得到解决.

由于没有充分考虑到电子与电子之间的相互作……