怎么理解各种介电常数?
的有关信息介绍如下:
从凝聚态物理的视角来看,介电函数是(弱)相互作用电子体系对外加电荷的响应函数,或者说介电函数直接与电荷-电荷关联相联系。
我们考虑一个含有弱库仑相互作用的电子系统,从线性响应理论出发,系统的哈密顿量写为
其中 是单电子部分(动能 + 晶格周期势), 是电子间库仑相互作用,即
外场微扰通过电势 耦合到电荷密度,对应的微扰哈密顿量为
若将微扰写作与数密度的耦合,则为
是外势对单个电子的势能。
根据Kubo公式,在外势 作用下,诱导出数密度的变化的系综平均为
其中推迟密度-密度响应函数 定义为
这里 是无外场时相互作用系统的基态或热力学平均。做傅里叶变换得到
库仑相互作用的存在使电子不仅感受到外势 ,还感受到诱导电荷产生的平均场。总有效势能为
在弱相互作用极限下根据线性响应的精神,可以直接写出
做傅里叶变换
由式(4),总势的傅里叶分量为
将(6)代入(7)得到
定义介电函数 ,其满足
比较式(8)立即得到RPA近似下介电函数与极化率的关系
根据这个式子,我们还需要知道 的具体形式。对于自由电子体系,哈密顿量为
密度算符的傅里叶分量为
根据Kubo公式,推迟的密度-密度响应函数为
在相互作用表象中,场算符时间演化满足 。计算对易子得到
利用费米子对易关系,得到
取平均后,(费米分布),于是
其中 。
定义 ,并利用恒等式 ,得到
这就是著名的Lindhard函数(因子2来自自旋简并)。综上



