effective mass

effective mass（有効質量）は、半導体物理学や固体物理学において、結晶格子の中を移動する電子などの粒子が、周囲の原子による周期的な電位の影響を受けて、あたかも質量が変化したかのように振る舞う現象を指します。真空中の静止質量とは異なり、物質の特性や結晶構造によって値が変動するため、実際の質量ではなく見かけ上の質量として扱われます。

物理的な意味と役割

この概念を用いることで、複雑な内部電位による相互作用を無視し、単純なニュートンの運動方程式を用いて粒子の挙動を記述できるようになります。例えば、有効質量が小さいほど粒子は加速しやすく、高い移動度を持つため、高速なデバイスの設計において重要な指標となります。

他の概念との比較

rest mass（静止質量）が粒子固有の不変な値であるのに対し、effective massは環境（結晶構造やエネルギーバンドの曲率）に依存して変化する動的な値です。また、正孔（ホール）のように、電子の欠損を正の電荷を持つ粒子として扱う場合、その挙動を記述するためにもこの有効質量の概念が不可欠となります。