金属银的宏观密度为10.5g/cm3,银的原子量为107.87。如果用索末菲模型分析银中的价电子,(1) 计算费密能量εF,
金属银的宏观密度为10.5g/cm3,银的原子量为107.87。如果用索末菲模型分析银中的价电子,(1) 计算费密能量εF,费密温度TF,费密波矢kF和费密速度vF;(2) 如果银的电阻率在295K和20K时分别是1.61μΩ·cm和0.038μΩ·cm,计算在295K和20K时电子在费密面上的平均自由程。
银为ⅠB族的金属,一个原子只提供一个价电子,因此价电子浓度为
费密波矢可以由价电子浓度直接求出:
kF=(3π2n)1/3=1.20×1010m-1 (5.43)
固体中的电子都是非相对论性的,因此费密速度为
金属银品体的费密能量和费密温度为
根据索末菲模型,费密而上电子才能与声子碰撞,其平均自由程为l=vFτ,其中弛豫时间可以由Drude模型中课本上的公式(5.8)推导出来,其中银的电子平 均占有半径为1.60:
室温时弛豫时间在10-14s的量级,而低温时弛豫时间要长的多。那么在这两个温度下费密面上电子的平均自由程为
l=vFτ=1.38×106×1.59×10-12=2.19×10-6mT=20K(5.49)
l=vFτ=1.38×106×3.75×10-14=5.19×10-8mT=295K(5.50)
可见平均自由程在低温时是在微米尺度,在室温时是在几十纳米的范围内。