¿Ortonormalidad de la función de onda de Bloch?

hay este libro de texto que me está dando problemas desde hace un tiempo:

Muestra que las funciones de onda de Bloch se pueden escribir como

Ψ norte k ( r ) = 1 V mi i k r tu norte k ( r ) ,
que está bien para mí. También establece que los factores de Bloch tu norte k ( r ) puede estar ortonormalizado en el volumen de celda unitario (primitivo) V tu C :
1 V tu C V tu C d 3 r tu norte k ( r ) tu norte k ( r ) = d norte norte
.

Sin embargo, y aquí comienza mi problema, luego concluye que, por lo tanto, las funciones de Bloch Ψ norte k ( r ) realizar

V d 3 r Ψ norte k ( r ) Ψ norte k ( r ) =
= 1 V R V tu C ( R ) d 3 r mi i k ( R + r ) tu norte k ( R + r ) mi i k ( R + r ) tu norte k ( R + r ) =
= 1 norte R mi i ( k k ) R 1 V tu C V tu C d 3 r tu norte k ( r ) tu norte k ( r ) =
= d k k d norte norte
Vectores de lattice R y volumen de cristal V = norte V tu C .

Pero no entiendo las dos últimas líneas. Quiero decir, la integral en la penúltima línea en realidad debería decir V tu C d 3 r mi i ( k k ) r tu norte k ( r ) tu norte k ( r ) , ¿no debería? Y, si eso es cierto y no me perdí algo importante ya, no puedo entender cómo eso produciría estos dos d s ...

Estoy casi seguro de que me perdí algo, pero desesperadamente sigo sin conseguirlo, ¡así que cualquier ayuda sería muy apreciada!

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¡Muchas gracias por sus reacciones! Sin embargo, parece que no pude exponer mi problema lo suficientemente claro, así que pensé que sería mejor decirles cuál fue mi enfoque hasta ahora paso a paso para que alguien pueda ver dónde me equivoqué:

Empezando con

V d 3 r Ψ norte k ( r ) Ψ norte k ( r ) ,
Particioné el dominio de integración V = norte V C tu , obteniendo así una suma de integraciones sobre el volumen de la celda unitaria, dando como resultado
R V tu C d 3 r Ψ norte k ( r + R ) Ψ norte k ( r + R ) ,
que resulta ser exactamente la segunda línea cuando se explota Ψ norte k ( r ) = 1 V mi i k r tu norte k ( r ) . Luego procedí a usar Ψ ( r + R ) = mi i k R Ψ ( r ) . Pero esto rinde
R mi i ( k k ) R V tu C d 3 r Ψ norte k ( r ) Ψ norte k ( r )
lo cual no está de acuerdo con la tercera línea del libro donde la integral es sobre los factores de Bloch tu norte k ( r ) solo.

Sin embargo, incluso suponiendo que esto sea solo un error tipográfico (que no estoy tan seguro ...), me enfrentaría a la integral V tu C d 3 r mi i ( k k ) r tu norte k ( r ) tu norte k ( r ) y no puedo ver cómo esos dos d s surgiría de eso tampoco.

Gracias a todos nuevamente por sus reacciones y espero saber que mi problema se ha expresado claramente.

tienes que aplicar Ψ norte k ( r + R ) = mi i k R Ψ norte k ( r ) , y V d 3 r Ψ norte k ( r ) Ψ norte k ( r ) R V tu C d 3 r Ψ norte k ( r + R ) Ψ norte k ( r + R )
En general, es muy inútil no nombrar el libro que te confunde.
@ Emilio, es un libro de texto alemán titulado "Theoretische Festkörperphysik" de G. Czycholl en la tercera versión revisada, lo siento.
Yo tenía esta misma pregunta. La prueba y los pasos que faltan se muestran en el siguiente libro. Puedes seguirlo. Proporciono un enlace de libro de Google y el nombre y el número de página del libro donde se resuelve el problema. El libro es Solid State and Quantum Theory for Optoelectronics de Michael A. Parker, número de página 595, y aquí está el [enlace del libro de Google] ( books.google.co.in/…

Respuestas (2)

Dejar I R mi i ( k k ) R V tu C d 3 r Ψ norte k ( r ) Ψ norte k ( r )

El término R mi i ( k k ) R te da un d ( k k ) término.

Ahora tu tienes : Ψ norte k ( r ) Ψ norte k ( r ) d ( k k ) mi i ( k k ) . r tu norte k ( r ) tu norte k ( r ) d ( k k )

Ahora, con el d ( k k ) término, mi i ( k k ) . r se convierte en 1

Así que tienes :

Ψ norte k ( r ) Ψ norte k ( r ) d ( k k ) = tu norte k ( r ) tu norte k ( r ) d ( k k )

donde hemos reemplazado k por k , en el índice de tu norte k .

Entonces, finalmente, después de la integración en r , obtenemos :

I d norte norte d ( k k )

Genial, gracias, supongo que eso es todo! Aunque esto significa que de hecho hay un error tipográfico en el libro de texto, ya que el mi i ( k k ) r no aparece en la integral mientras que el d ( k , k ) coeficiente de rendimiento todavía lo hace, ¿verdad? Sin embargo, ¡muchas gracias!

Es por la integral:

d 3 r mi i r k = d ( 3 ) ( k )

Cuando combinas los dos factores exponenciales obtienes (para el primer caso de R = 0 ):

d 3 r mi i r ( k k )

Que usando el resultado anterior es solo d ( 3 ) ( k k ) . En su última línea donde tiene un delta de Kronecker con un k y un k eso es solo una abreviatura de función delta 3D continua. Puede generalizar ese argumento para cada R en su suma con bastante facilidad. La función delta que implica norte 's viene de su segunda línea sobre la ortonormalidad de la tu 's. ¿Eso ayuda? Jacobo

Creo que el problema es precisamente que no entiendo cómo "factorizar" esto d 3 r mi i r ( k k ) expresión fuera de la integral que sospecho que se confronta arriba. Sin embargo, agregué información para solucionar mi problema, ¡gracias!