JBO竞博归结到电子的质量里。因此,晶格对电子的作用越弱,电子的有效质量和电子的静止质量通常差别就越小,当电子波矢落在布里渊区边界上时,与布里渊区平行的晶面族对电子的散射作用最为强烈,因此,其有效质量和静止质量通常差别显著。
电子有效质量只有在能带顶附近处才是负的,而能带顶正好对应于Brilouin区边缘,因此有效质量在Brilouin区边缘处为负。当电子在外力作用下运动时,电子的动量增大,即波矢增大 ——向Brilouin区边缘移动;因为波矢为Brilouin区边缘处的k的电子波满足布拉格反射条件,则电子波将要受到晶格原子的强烈反射,此时,复杂的F_{l}与外场力F方向相反,且F_{l}F,加速度为负,归结到电子有效质量里,这就意味着具有负的有效质量。
另外一种就是空穴在带底有效质量:m_{h}^{*}=-m_{e}^{*}, 这是由于空穴的移动实质上是电子的反向移动。
有效质量是用来把晶体电子经典化的一个物理量,只有对能带极值附近的电子才有效——具有一定的有效质量;而对能带中部的有些电子,(在k=\frac{\pi}{2a})并不能当作为经典电子,故这时有效质量为无穷大——有效质量无意义。可见,有效质量常常应用于能带极值(能带顶和能带底)处的电子。
原因:在有效质量的测量实验中,电子在外场力F(外加电场、磁场)的作用下向布里渊区边界移动时,受到晶格的强烈散射作用(内场力F_{l}),当F_{l}=-F时,电子加速度为零,但是对于:a=\frac{1}{m^{*}}{\cdot}FJBO竞博,外场力F\ne0,所以只得有效质量为无穷大。
对于一些比热系数较大的化合物,因其具有较大的电子有效质量(而非无穷大)而称为重费米子材料,如:CeAl_{3}。
石墨烯,这一材料界翘楚,在电子有效质量为零这样的反常现象里自然也没有缺席。
石墨烯中电子能带当绝对零度下,半导体的价带是满带(完全被电子占据)。当受光电或热激发后价带中的部分电子(石墨烯的电子运动速度高达105m/s,是光速的1/300)越过禁带进入能量较高的空带,空带中存在电子后成为导带,价带中缺少一个电子后形成一个带正电的空位,成为空穴。导带中的电子和价带中的空穴合称为电子-空穴对,则电子,空穴能自由移动成为自由载流子。它们在外电场作用下产生定向运动形成宏观电流,分别称为电子导电和空穴导电。
石墨烯的每个原胞有2个碳原子,导致其在每个布里渊区有两个等价锥形相交点(和K′)点,再相交点附近其能量于波矢量成线性关系。
在狄拉克点(狄拉克锥发顶点)处的电子比较特殊,不能再使用普通的薛定谔方程求解的色散关系,这些粒子是由无质量狄拉克方程的量子力学描述,此时电子有效质量与电子密度平方根呈正比关系:
这使得石墨烯中的电子和空穴的有效质量均为零,所有电子,空穴被称为狄拉克费米子。相交点为秋拉克点,在其附近能量为零,石墨烯的带隙(禁带)为零。石墨烯独特的载流子特性和无质量的狄拉克费米子属性使其能够在室温下观测到霍尔效应和异常的整数量子霍尔效应(当电流垂直于外磁场通过导体时,在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面会出现电势差)
其实,本人也没有搞清楚电子有效质量为零的最根本原因,不知是归结与于处理过程中的近似,还是归结于回旋共振测量中的有效质量半经典定义,或者是两者之外的其他原因。