合金電子理論

合金電子理論（alloys, electron theory of）是研究合金中電子運動的特點與規律的理論。合金是由兩種或多種金屬元素，或金屬元素與非金屬元素組成的具有金屬特性的固體。

基本介紹

• 中文名：合金電子理論 
• 外文名：alloys, electron theory of
• 特徵：合金中電子運動特點與規律的理論
• 對象：合金

合金的相

依其組分比可有多種相，同一相的物質具有一定的化學成分、晶體結構和物性。Cu和Zn按不同比例製成的合金有多種相。當Zn含量小於30%時，Cu–Zn合金是α相，具有面心立方結構；而當Zn含量在50%左右，Cu–Zn合金是β相，具有體心立方結構。此外，Cu–Zn合金還有其他結構較複雜的幾個相。對於這種以Cu、Ag、Au等貴金屬為基的合金，每個原子的平均價電子數起主導作用，這就是電子相合金。

在A_xB_1-x合金中由於B在基質A的晶格中隨機分布，合金中周期性不再完美，但能帶理論的結果還具有一定意義。為此，早期人們提出一些簡單的模型。

剛性能帶模型

這是一種經驗方法。對於某一類合金，設定一個固定能帶的狀態密度g(E)，E為價電子能量。價電子的密度由電子充填至費米能級E_F的條件來決定。函式g(E)的形式參照材料的電子比熱實驗數據來選擇。G.夫里德耳用此方法處理了含3d過渡元素的合金。

虛晶模型

許多學者對A_xB_1-x合金的勢用構想的周期性勢〈V〉來代表：〈V〉=xV_A+(1－x)V_B勢的權重就是組分占有的百分數。在〈V〉代表的虛晶勢場中運動的單電子，可用能帶論的標準方法求得相應的能帶結構。這個模型對元素A和B的勢V_A和V_B差別不大的情況是一種不太差的近似。H.瓊斯就是依此解釋W.休謨–饒塞里的合金相與平均價電子數的經驗關係。
虛晶模型是零級近似。基於各原子實對價電子的散射效應，1967年以來發展了一種“相干勢近似”方法來研究合金的電子態和能譜，可自洽地逐級造出一個假想的晶體勢，使不同原子的無序分布所產生的散射後果逐級地統計相消。這個方法雖然較繁，但在研究金屬、半導體、超導體各自合金的電子結構和電子特性方面的套用，取得了與實驗測量較符合的結果。

類型

如果合金組分適當，經過退火可形成有序結構，其中各種原子呈周期性排列，這就是有序合金。如二元合金Cu_xAu_1-x當其組分滿足化學式Cu₃Au和CuAu時，就可由退火得到相應的有序合金。同成分的有序合金比無序合金的電阻率有明顯降低。X射線衍射可直接證實這種有序合金的晶體結構。

其他合金系統

除了電子相合金外，還有由化學鍵起主導作用而結合起的金屬間化合物，由組分原子半經之比起決定作用的間隙相，這兩類合金的電子能譜均可用能帶的標準方法來處理。
固體的多電子量子理論也可用於合金系統。在研究合金超導電性取得成功，在研究非磁金屬中磁性雜質產生的近藤效應，以及在探索電子有效質量特別大的一類金屬化合物——重費米子金屬的微觀機制方面，都取得了較好的結果。