background image

opracował: Radek Kołkowski 

 

Funkcja Blocha 

 
W sieci krystalicznej w każdej komórce elementarnej prawdopodobieństwo przebywania elektronu jest takie 
samo – co wynika z periodyczności sieci: 
 

)

(

*

)

(

)

(

*

)

(

r

r

R

r

R

r

ψ

ψ

ψ

ψ

=

+

+

 

 

Jednak nie możemy na tej podstawie powiedzieć, że:     

)

(

)

(

r

R

r

ψ

ψ

=

+

 

 

Jak porównać ze sobą  

)

(r

ψ

 i 

)

(

R

r

+

ψ

 

Zadziałajmy na  

)

(r

ψ

 operatorem translacji 

)

(

1

R

T

)

, tzn. przesuwamy się w sieci do innej komórki 

elementarnej, zmieniając położenie o wektor 

3

3

2

2

1

1

1

a

n

a

n

a

n

R

+

+

=

,  gdzie 

3

2

1

,

,

a

a

a

 to stałe sieciowe, 

C

n

n

n

3

2

1

,

,

Jeśli dwie funkcje mają równe kwadraty, mogą się różnić co najwyżej o czynnik fazowy: 
 

)

(

1

1

)

(

)

(

)

(

)

(

R

f

i

e

r

R

r

r

R

T

ψ

ψ

ψ

=

+

=

)

 

 

Wykonując ponownie translację o jakiś inny wektor 

2

R

 otrzymujemy: 

 

)

(

)

(

)

(

2

)

(

2

1

2

2

1

1

1

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

R

f

i

R

f

i

R

f

i

R

f

i

e

e

r

e

R

r

e

r

R

T

r

R

T

R

T

ψ

ψ

ψ

ψ

=

+

=

=

)

)

)

 

Operacja ta jest równoważna przesunięciu o sumę wektorów 

1

R

 i 

2

R

 

)

(

)

(

)

(

1

2

2

1

R

T

R

T

R

R

T

)

)

)

=

+

 

)

(

2

1

2

1

2

1

)

(

)

(

)

(

)

(

R

R

f

i

e

r

R

R

r

r

R

R

T

+

=

+

+

=

+

ψ

ψ

ψ

)

 

 

Wynika stąd, że      

)

(

)

(

)

(

2

1

2

1

)

(

)

(

R

R

f

i

R

f

i

R

f

i

e

r

e

e

r

+

=

ψ

ψ

,  

a więc                                  

)

(

)

(

)

(

1

2

2

1

R

R

f

R

f

R

f

+

=

+

 

 

Jedyną funkcją spełniającą powyższy warunek jest funkcja liniowa:    

R

k

R

f

=

)

(

 

 
Tym sposobem dochodzimy do funkcji Blocha, która ma następującą postać: 
 

)

(

)

(

r

u

e

r

k

r

k

i

=

ψ

,     gdzie funkcja 

)

(r

u

k

 jest periodyczna: 

)

(

)

(

r

u

R

r

u

k

k

=

+

 

               |              | 
           funkcja     funkcja 
wolnozmienna     szybkozmnienna 
 
Funkcja Blocha spełnia narzucone warunki: 
 

 

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

R

f

i

R

k

i

k

R

k

i

r

k

i

k

R

r

k

i

e

r

e

r

r

u

e

e

R

r

u

e

R

r

=

=

=

+

=

+

+

ψ

ψ

ψ