Bandet teorien av faststoffer. Kvantemekanikk for Dummies

Denne artikkelen forklarer hva bandet teori av faste stoffer. Vist hva det er grunnen til at det er en representasjon av strukturen i saken. Resultater av metaller forskjellige fra dielectrics og halvledere.

Rosett og knapp

Hvor mange ganger om dagen vil vi klikker på de ulike knappene? Ingen engang tenkt å komme kan ikke telle det - har blitt så kjent at handlingen. Og mannen ikke tror at alt dette er bare mulig takket være hvor lett det er å frakte en elektrisk strøm i metaller. Slå på lyset, koke kjelen, kjører vaskemaskinen, for ikke å nevne de handlinger på smarttelefoner, betyr fullføre krets og lar elektronene i lederne til å jobbe i stedet for mennesker. Forklaring av slike fenomener som konduktiviteten settet. Den mest åpenbare, kanskje, er bandet teori av faste stoffer.

Atom og vannkokere

Alle som var på high school, har en idé om strukturen av atom. Husker rundt en positivt ladet tung kjerne (består av protoner og nøytroner) rotere lungene lite elektroner. Antall negative partikler nøyaktig lik antallet av positive. For ikke å kjede leserne, forklare i stil med "kvantemekanikk for Dummies". Hver elektron bane er strengt begrenset, til hvilken det kan rotere rundt kjernen i en gitt kjemisk element. I sin tur, har hver art et unikt mønster atomer slik baner. Den ble så spectroscopists forskere skjelne bor fra selen og arsen fra natrium. Men i tillegg til de rene stoffer i naturen finnes det et uendelig antall forskjellige kombinasjoner. Kvantemekanikk (For Dummies, leseren bør huske) hevder at i komplekse forbindelser baner krysser hverandre, fusjonere, transform, strukket, noe som skaper en forbindelse. Deres kvalitet er avhengig av type: kovalente og ioniske sterkere, hydrogen eksempelvis svakere.

krystallstrukturen

Det massive legeme er mer vanskelig. For modellen, som bruker bandet teori av faste stoffer, vanligvis tar en perfekt krystall. Dette betyr at det er uendelig og uten synd - hvert atom på sitt eget sted, er den totale kostnad null. Kernel svinge rundt en bestemt likevektsstilling, men elektronene kan si samlet. Avhengig av hvor "lett" ett atom donerer tilstøtende negative partikler, oppnås den fast på forhånd bestemt elektronisk struktur av dielektriske materialer eller metaller sky. Jeg bør legge til at når de vurderer det forutsettes at alle elektronene opptar minimalt med energi til dem, noe som betyr at kroppen er på null Kelvin. Ved høyere temperaturer, amplituden av svingningen som kjerner og elektroner sterkt og, følgelig, den sistnevnte er i stand til å oppta høyere energinivå. Negative partikler distribusjon blir mer "løs". I noen problemer, er det imidlertid viktig å beskrive dette fenomenet som sådan temperaturen er ikke så viktig.

Pauli prinsippet og loader

Konseptet med bandet teorien om faste stoffer kan oppnås bare godt å huske hva Pauli-prinsippet. Hvis vi tenker oss at elektronene - en pose med sukker, da, hvis disse posene mye, betinget loader vil de pålegge hverandre. Hver "bag" tar sin plass i verdensrommet. For elektroner, betyr dette at i en gitt tilstand bare én kan være i ett system. Dette er den Pauli eksklusjonsprinsipp. Merk at vi har i tankene den ideelle forhold, dvs. temperaturen på null Kelvin, og den uendelige krystall. Hele systemet er i de samme betingelser for temperatur, mekanisk stress, defekter er den samme i alle deler av en hel.

Elektroniske krystaller sonen

I krystall, en flerhet av en type atomer. Ett mol av materialet hovedsakelig består av en ti til tyvende grad elementer. Hvor mange føflekker per kilo, for eksempel salt? Så du kan også si at selv den minste krystall inneholder ufattelig mange atomer. Hvert grunnstoff har sitt eget mønster av elektron baner, og hva de skal gjøre hvis de er i en kropp noen? Tross alt, i henhold til Pauli eksklusjonsprinsipp, må de opptar forskjellige stater. Band teori av faste stoffer tilbyr følgende måte - elektron baner blir ulike energier. Forskjellen mellom dem er så liten at de trykkes, støttet på hverandre svært tett for å danne en sammenhengende sone. Således blir hvert nivå av elektron i atom omdannes til en sone i massen krystall. Elementer av båndet teori av faste stoffer kan bidra til å forklare forskjellen mellom isolatorer og ledere.

Elektronisk innenfor sonen

Vi har allerede diskutert hva som skjer med en masse elektroner, som i et atom opptar samme bane, dannelsen av krystallen. Men deres oppførsel inne i sonen før vi dro slukket. Del denne allerede viktig fordi det avgjør forskjellen mellom metaller og ikke-metaller. Som allerede nevnt ovenfor, viser båndet teorien av faststoffer som energinivået inne i båndet av individuelle atomer forskjellige baner variere så lite som nesten danner et kontinuerlig spektrum. Derfor, for å overvinne den potensialbarriere mellom elektronet er ikke vanskelig - den beveger dem fritt, for dette er tilstrekkelig jevn varme. Imidlertid har hver av den tillatte bånd sine begrensninger. Det er alltid et energinivå som er høyere eller lavere enn de andre.

Valence forbudt, konduktivitet

Mellom disse sonene har et område av energi, hvor det ikke er noen nivå ved hvilket en elektron kunne være. I diagrammene, ser det ut som et hvitt gap. Og hun kalte bandet gap. For å overvinne denne barrieren elektron kan bare dust. Så må han få passende for denne energien. Sonen med den største energi, som for denne type atomer tillates eksistensen av elektroner kalles valensbåndet, og ved å følge den - ledningsevne.

Metal dielektrisk

Ledningsbåndet teori av faste stoffer opprett at nærvær eller fravær av elektroner i ledningsbåndet indikerer hvor lett flyter i denne aktuelle substans. Således forskjellige metaller og dielektrika. I det førstnevnte tilfellet, inneholder ledningsbåndet allerede elektroner, ettersom overlapper med valens. Et middel negativ partiklene er frie til å bevege seg under påvirkning av det elektromagnetiske feltet, uten noen ytterligere energitilførsel. Derfor synes det elektrisk strøm i metaller så enkelt, faktisk - med en gang, så snart feltet. Og av samme grunn, er tråden fremstilt av stål, kobber, aluminium.

Materialer som det Valence og ledningsbånd adskilt med en energi kalt dielektrika. Disse elektronene er fanget i det lavere nivået tillatt. Band gap skiller de negative partikler fra det nivå hvor de kan bevege seg fritt. Og den energien som skal rapporteres til elektroner for å overvinne den, ødelegge materialet. Eller endre egenskapene til det ugjenkjennelige. Derfor, plastfolie ledninger smelter og brenner, men ikke leder elektrisitet.

halvledere

Men det er en mellomliggende klasse av materialer som har et båndgap, men under visse forhold istand til å lede elektrisk strøm. De kalles - halvledere. Som dielektrikum, de har en energigapet mellom ledning og valens. Men det er mindre og overvinne med litt innsats. Klassiske halvledere er silisium (i latin - Silicium). Den berømte Silicon Valley er kjent for teknologier basert på bruk av krystaller av dette stoffet er å lage elektroniske enheter.