La banda llena no puede generar corriente

En física del estado sólido en T = 0 k considerando la aproximación semi-clásica para electrones, entiendo físicamente que si una banda está completamente llena, los electrones no pueden moverse y no hay conducción, por lo que no hay corriente. Y claro, si la banda está vacía es imposible que haya corriente porque no hay electrones que puedan moverse. Pero no puedo entender por qué la condición matemática para una banda completamente llena o vacía es

B r i yo yo o tu i norte Z o norte mi 2 d 3 k ( 2 π ) 3 v gramo ( k ) = 0

dónde v gramo ( k ) = k [ ϵ ( k ) ] es la velocidad del grupo.

Respuestas (1)

v gramo ( k ) es la velocidad del electrón en el estado k . La corriente total transportada por todos los electrones se obtiene integrando sobre todos los estados llenos de la zona de Brillouin:

j BZ v gramo ( k ) norte ( k ) d 3 k ,
En muchos cálculos norte ( k ) es solo la función de Fermi
norte ( k ) = 1 mi β ( mi ( k ) m ) + 1 ,
sin embargo, cuando hablamos de una banda completamente llena a temperatura cero, el factor de ocupación es 1 en todas partes en la zona de Brillouin, es decir, nuestra integral se vuelve simplemente
j BZ v gramo ( k ) d 3 k = 0 ,
ya que, si fuera distinto de cero, tendríamos una corriente distinta de cero.

Ejemplo
Consideremos una cadena de unión estrecha unidimensional con la ley de dispersión

mi ( k ) = Δ porque ( k a ) ,
dónde 2 Δ es el ancho de banda y a es el espaciado de la red.
La zona de Brillouin es
π a k π a ,
mientras que la velocidad del grupo de electrones es
v gramo = 1 mi ( k ) k = Δ a pecado ( k a )
la integral
B Z v gramo ( k ) d k = π a π a Δ a pecado ( k a ) d k
es cero, ya que eit es una integral sobre una función impar en límites simétricos.

¿Podría explicar con matemáticas (o un ejemplo simple) por qué si la banda está completamente llena, la integral de la velocidad sobre la zona de Brillouin es cero? El principal problema es que si alguien me da alguna expresión para la energía de la banda/velocidad de la onda, no estoy seguro de los límites de las integrales para verificar si esto es cero o distinto de cero.
@ user239504 Agregué un ejemplo.
Lamento agregar más preguntas, pero solo para entenderlo completamente, en este ejemplo particular en T = 0K no importa si la banda está llena o no, ¿verdad? Por ejemplo, los límites de integración son para una energía específica mi 0 en el rango ( k 0 , + k 0 ) , entonces la corriente siempre es cero por simetría, ¿o me estoy perdiendo algo?
@ user239504 For example, the limits of integration are for a specific energy E0 in the range (−k0,+k0), so the current is always zero by symmetry-Eso sucede con un campo eléctrico cero, y allí la corriente es obviamente cero. Cuando aplica un campo eléctrico, el factor de llenado cambia ligeramente (aproximadamente, los estados entre ( k 0 + ϵ , k 0 + ϵ ) permanecen llenos), y allí, la corriente es distinta de cero para una banda parcialmente llena. Sin embargo, para una banda llena, los electrones no pueden redistribuirse y la corriente sigue siendo cero incluso en un campo eléctrico distinto de cero.