分子軌道からバンドへ ― 原子を並べると準位は帯になる

H2 の結合・反結合軌道から出発して,原子を 1 個ずつ足していきます. 原子が N 個なら準位は N 本 ―― ところがどの準位も α ± 2|β| の窓の中に収まったまま混み合っていくので, N → ∞ では幅 4|β| の連続な帯(バンド)になります. 輪にして解き直すと Bloch の定理と E(k) が現れ, 状態密度は端に溜まり(van Hove 特異点), 原子か結合を交互に変えた瞬間にバンドギャップが開きます. 最後に2 次元正方格子へ進み,s 軌道と p 軌道でバンドの形がどう違うかを, 実格子空間と逆格子空間を連動させて見ます.

東京理科大学 望月研究室 / 強束縛(Hückel)模型. H2 の 2×2 行列から N 原子鎖の固有値,Bloch の定理, 状態密度,そしてギャップの起源までの導出は こちらのページにあります.