MatCloud+高通量材料计算||能带结构的基本分析方法

能带结构，又称电子能带结构，物理学术语。在固体物理学中，固体的能带结构（又称电子能带结构）描述了禁止或允许电子所带有的能量，这是周期性晶格中的量子动力学电子波衍射引起的。
材料的能带结构决定了多种特性，特别是它的电子学和光学性质。能带结构分析作为电子结构分析中的重要的组成部分，成为了DFT计算文献中经常出现的分析内容，今天小编就为大家介绍一些能带的基本知识及如何进行能带分析。

·什么是能带·

在形成分子时，原子轨道构成具有分立能级的分子轨道。晶体是由大量的原子有序堆积而成的。由原子轨道所构成的分子轨道的数量非常之大，以至于可以将所形成的分子轨道的能级看成是准连续的，即形成了能带。能带就是能量与波矢K的函数关系图。

在分析能带结构时，会涉及到以下几个概念：费米能级以下的称为价带(valence band，VB)，价带能量最高的地方称为价带顶(VBM，valance band maximum）;费米能级以上的称为导带(conduction band，CB），导带能量最低的地方称为导带底(CBM，conduction band minimum)；CBM和VBM之间的宽度称为带隙，一般用Eg表示。

·能带分析的作用·

1.判断材料的物理属性

判断方法：根据价带顶和导带底之间的禁带宽度来区分。禁带为0则为金属材料，禁带宽度大于4.5ev为绝缘体，处于中间的材料则为半导体。

区别：导体中的导带与价带重叠在一起，导带中的电子在获得外界施加的能量时可以跃迁到附近的空能级，从而产生电流。相反，绝缘体的价带和导带之前禁带宽度更大，价带顶的电子无法通过外加电场被激发到导带，因此不导电。半导体的禁带宽度处于绝缘体和导体之间，外加能量时由于禁带宽度比绝缘体小，部分电子跃迁到导带并在价带留下空穴，导带的电子和价带的空穴将获得动能，形成电流。

2.直接带隙和间接带隙

判断方法：价带顶和导带底是否位于同一个波矢k。位于同一个波矢则为直接带隙，不同波矢为间接带隙。

区别：直接带隙半导体(右图)的电子在跃迁时不需要释放或吸收声子(即晶格振动)，而间接带隙半导体(左图)需要，所以直接带隙半导体中的电子更容易发生跃迁。一般发光器件和感光器件需要材料具有直接带隙。

3.电子、空穴有效质量

判断方法：通过查看某条能带的能量跨度来判断。

区别：窄窗口分布的则表示电子定域分布，电子分布在原子核附近，因此导电性较差。反之导电性能较好。