質問: エネルギー準位図の表記 エネルギー準位図の表記についてちょっと疑問があります。 電子はパウリの排他原理に従って同じ位置(量子状態)に複数の電子がいる事は出来ないので、複数の電子がある同じエネルギー準位をとる事は出来ませんよね。 今、エネルギーバンドの章を学んでいるのですが、参考書には添付した図の左側のような準位図が記載されていました。同じ準位に横並びで複数の電子が存在してるような図なので、この表記の仕方はマズいのではないでしょうか。いくつかの本を見てみましたが、他にも同じように描いてる本がありました。エネルギー準位図に横軸は無いと教授が言っていましたし、オリジナルで描いてみましたがより適切なのは右側の図の方な気がします。電子は何らかでエネルギーを与える事で上の準位へ、あるいは上のバンドへ遷移します。ですので電子は縦に1列で並び、先頭の電子(フェルミ準位)が前へ1歩進み、前が空いたのでエネルギーをもらい続けていれば後続の電子も後に続くという事だと思うので、右側の図の方が良い気がします。少なくとも複数の電子を同じ準位にいる表記はあまり良くない気がするのですがどうでしょうか。
回答: そのエネルギーバンドは三次元的に原子が集まった固体のときのものという仮定がありますよね 同じ原子ならパウリの排他律が使えますが、他の原子に束縛されていればどうなりますか? その教授は説明から逃げています。 電子のエネルギーはポテンシャル(位置)と運動エネルギー(波数)の二種類のエネルギーの重ね合わせで、横軸はこの2つの次元を重ね合わせる必要があるから「横軸に次元はない」などと逃げています。