La teoria delle bande dei solidi. Meccanica Quantistica per i manichini

Questo articolo spiega che cosa la teoria delle bande dei solidi. Indicato, che cosa è la ragione per cui è una rappresentazione della struttura della materia. I risultati di metalli diversi da dielettrici e semiconduttori.

Rosette e Button

Quante volte al giorno ci si clicca sui vari pulsanti? Nessuno nemmeno pensato di venire non può contare che – è diventato così familiare che l'azione. E l'uomo non pensa che tutto questo è possibile solo grazie a quanto sia facile sta trasportando una corrente elettrica nei metalli. Accendere la luce, bollire bollitore, eseguire la lavatrice, per non parlare delle azioni su smartphone, significa completare il circuito e consentire gli elettroni nei conduttori a lavorare invece di persone. Spiegazione dei fenomeni quali il set conducibilità. La più ovvia, forse, è la teoria delle bande dei solidi.

Atom e bollitori

Tutti coloro che era al liceo, ha un'idea della struttura dell'atomo. Ricordiamo attorno ad un nucleo pesante carica positiva (costituito da protoni e neutroni) ruotano polmoni piccoli elettroni. Numero di particelle negative è esattamente uguale al numero di positivo. Al fine di non tediare i lettori, spiegare in stile di "Meccanica Quantistica for Dummies". Ogni orbita elettrone è strettamente limitato, per cui può ruotare attorno al nucleo in un dato elemento chimico. A sua volta, ogni specie ha un modello unico atomi tali orbite. E 'stato così spettroscopisti scienziati distinguono boro da selenio e arsenico da sodio. Tuttavia, oltre alle sostanze pure in natura, ci sono un numero infinito di combinazioni diverse. La meccanica quantistica (For Dummies, il lettore dovrebbe ricordare) sostiene che in composti complessi orbite si intersecano, si fondono, trasformare, allungato, la creazione di una connessione. La loro qualità dipende dal tipo: covalente e ionico forte, idrogeno, per esempio, è più debole.

struttura cristallina

Il corpo solido è più difficile. Per il modello, che utilizza la teoria delle bande dei solidi, solitamente un cristallo perfetto. Ciò significa che è infinita e senza peccato – ogni atomo sul proprio posto, la carica totale è zero. Kernel fluttuante, una particolare posizione di equilibrio, ma gli elettroni può dire che nel complesso. A seconda di come "easy" un atomo dona sue particelle negative adiacenti, si ottiene rigidamente predeterminato struttura elettronica dei dielettrici o metalli nube. Va aggiunto che quando si considera si presume che tutti gli elettroni occupano la quantità minima di energia a loro, il che significa che il corpo è a zero Kelvin. A temperature elevate, l'ampiezza di oscillazione quando i nuclei e gli elettroni fortemente e, di conseguenza, questi ultimi sono in grado di occupare elevati livelli di energia. Distribuzione particelle negative diventa più "loose". In alcuni problemi, è importante, tuttavia, per descrivere questo fenomeno come tale temperatura non è così importante.

principio di Pauli e il caricatore

Il concetto di teoria delle bande dei solidi può essere raggiunta solo bene ricordare ciò che il principio di Pauli. Se immaginiamo che gli elettroni – un sacchetto di zucchero, poi, se queste borse un sacco, caricatore condizionale si impongono a vicenda. Ogni "bag" prende il suo posto nello spazio. Per elettroni, ciò significa che in un dato stato solo uno può essere in un unico sistema. Questo è il principio di esclusione. Si noti che abbiamo in mente le condizioni ideali, cioè la temperatura dello zero Kelvin, e il cristallo infinito. L'intero sistema è nelle stesse condizioni di temperatura, sollecitazioni meccaniche, difetti sono uguali in tutte le parti di un tutto.

zona di cristalli elettronici

Nel cristallo, una pluralità di un tipo di atomi. Una mole di sostanza comprende un elementi gradi dieci a venti terzo. Quante moli per chilogrammo, per esempio, il sale? Così si può anche dire che anche il più piccolo cristallo contiene incredibilmente molti atomi. Ogni elemento chimico ha un proprio modello di orbite degli elettroni, e cosa fare se si trovano in un corpo solo pochi? Dopo tutto, secondo il principio di esclusione, essi devono occupare stati diversi. teoria delle bande dei solidi offre seguente modo – le orbite degli elettroni diventano diverse energie. La differenza tra loro è così piccola che sono premuti, appoggiarsi a vicenda molto strettamente per formare una zona continua. Così, ogni livello dell'elettrone nell'atomo viene convertito in una zona nel cristallo bulk. Elementi di teoria delle bande dei solidi possono spiegare la differenza tra isolanti e conduttori.

Elettronica all'interno della zona

Abbiamo già discusso ciò che accade con un sacco di elettroni, che in un atomo occupano la stessa orbita, la formazione del cristallo. Ma il loro comportamento all'interno della zona fino a quando abbiamo lasciato spento. Condividi questo già importante perché determina la differenza tra i metalli e non metalli. Come già accennato in precedenza, la teoria delle bande dei solidi mostra che i livelli di energia all'interno della banda di singoli atomi orbite diverse differiscono così poco che quasi formano uno spettro continuo. Così, per superare la barriera di potenziale tra l'elettrone non è difficile – li muove liberamente, per questo è sufficiente calore uniforme. Tuttavia, ciascuna delle band permesso ha i suoi limiti. C'è sempre un livello di energia che è superiore o inferiore rispetto agli altri.

Valence vietata, conducibilità

Tra queste zone hanno una superficie di energia, dove non esiste un livello al quale un elettrone potrebbe essere. Nei grafici, appare come un vuoto bianco. E ha chiamato il gap di banda. Per superare questo ostacolo elettrone può solo scatto. Così, egli deve ricevere appropriato per questa energia. La zona con la massima energia, che per questo tipo di atomi consentito esistenza di elettroni è detta banda di valenza, e quello successivo – conducibilità.

dielettrico metallo

banda di conduzione teoria dei solidi sostiene che la presenza o l'assenza di elettroni nella banda di conduzione indica quanto facilmente scorre in questa sostanza corrente. metalli e dielettrici Così diversi. Nel primo caso, la banda di conduzione contiene già elettroni, poiché si sovrappone a valenza. Un mezzo negativo particelle sono libere di muoversi sotto l'azione del campo elettromagnetico, senza alcun apporto di energia supplementare. Pertanto, la corrente elettrica nei metalli appare così facile, infatti – immediatamente, non appena il campo. E per lo stesso motivo, il filo è in acciaio, rame, alluminio.

Materiali per i quali le bande di valenza e di conduzione separati da un dielettrici detta energia. Questi elettroni vengono intrappolati nel livello più basso consentito. band gap separa le particelle negative dal livello in cui potrebbero muoversi liberamente. E l'energia che deve essere segnalato per gli elettroni per superarla, distruggere il materiale. O modificare le sue proprietà irriconoscibile. Pertanto, i fili involucro di plastica fonde e ustioni, ma non conduce elettricità.

semiconduttori

Ma v'è una classe intermedia di materiali che hanno un bandgap, ma in certe condizioni capace di condurre corrente elettrica. Essi sono chiamati – semiconduttori. Come il dielettrico, hanno un gap di energia tra la conduzione e valenza. Tuttavia, è meno e superare con un certo sforzo. semiconduttore classica è silicio (in latino – Silicio). La famosa Silicon Valley è nota per le tecnologie basate sull'uso di cristalli di questa sostanza è di creare dispositivi elettronici.