已知一晶体的结构,怎么算每个能带的简并度

2025-06-29 02:57:20
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回答1:

关键在于要把什么叫简并搞清楚。最简单的情况是这样:当能量确定后,我能够找到N个独立的运动状态,则这个能级就称为N重简并,或者说简并度为N。

例如对一维宽度为a的无限深方势阱,其能量表达式为

En=(n2π2h2)/(2ma2)..(1)(其中h应该带靶,表示h/2π)

相应的波函数是

Ψn(x)=Asin(nπx/a).(2)

其中A是归一化常数。

表面上看,对于一个确定的能级En(与n2有关),可以有±n两个值,但是,当你把±n代入(2)后发现,两个波函数是线性相关的,不满足互相独立的要求,因此没有简并。(或者称为简并度为1)

另一个类似的例子是平面转子,能级为

En=(m2h2)/(2I)..(1)(其中h应该带靶,表示h/2π,I是转动惯量)

对应的波函数是Asinmx及Bcosmx

当m≠0时,一个能级与两个状态对应。故是2度简并。

本楼与楼上的区别在于楼上的两个波函数是线性相关,本楼是线性无关。在计算简并度时,只有线性无关的才算数,线性相关的不能算数。

例如空间转子,系统的哈密吨量是

H=L2/2I.(1),(I是转动惯量)

解S。方程后得到系统的能量

El=l(l+1)h2,(l=0,1,2,3,)(2)

相应的波函数是
Ψ(θ,φ)=Ylm(θ,φ).(3)
m=0,±1±2,,±l(4)(注意l是L的小写)l及m都应该是下标。

当l=0(基态)波函数只能取Yoo没有简并;
当l=1,m可以取-1,0,1三个值,此时对应的三个波函数
Y1-1,Y10,Y11线性无关,因此,l=1这个能级有三度简并;
当l=2时m可取-1,-1,0,1,25个数值,且对应的波函数线性无关,故l=2这个能级有5度简并。