La teoria de la banda de sòlids. La mecànica quàntica per als maniquís

En aquest article s'explica què és la teoria de bandes de sòlids. Es mostra, el que és la raó per la qual és una representació de l'estructura de la matèria. Resultats de metalls diferents dels dielèctrics i semiconductors.

Roseta i Button

Quantes vegades al dia en què es faci clic als diferents botons? Ni tan sols s'havia esperat que això no pot comptar amb ell - s'ha tornat tan familiar que l'acció. I l'home no pensa que tot això només és possible gràcies a la facilitat que porta un corrent elèctric en els metalls. Encendre la llum, bullir l'bullidor d'aigua, executeu la rentadora, per no parlar de les accions en els telèfons intel·ligents, significa completar el circuit i permetre que els electrons en els conductors que treballen en lloc de persones. Explicació de fenòmens com ara el conjunt de conductivitat. La més òbvia, potser, és la teoria de bandes de sòlids.

Atom i calderes

Tots els que estaven a l'escola secundària, té una idea de l'estructura de l'àtom. Recordem al voltant d'un nucli pesat carregat positivament (consisteix de protons i neutrons) giren pulmons petits electrons. Nombre de partícules negatives és exactament igual al nombre de positius. Per tal de no lectors calibre, expliqui al estil de "la mecànica quàntica per als maniquís." Cada òrbita de l'electró està estrictament limitat, per la qual cosa pot girar al voltant del nucli en un element químic donat. Al seu torn, cada espècie té un patró únic àtoms tals òrbites. Va ser així que els científics distingeixen espectroscopistas bor del seleni i arsènic de sodi. No obstant això, a més de les substàncies pures en la naturalesa, hi ha un nombre infinit de combinacions diferents. La mecànica quàntica (per als maniquís, el lector ha de recordar) sosté que en els compostos complexos òrbites es creuen, es barregen, es transformen, es va estirar, creant una connexió. La seva qualitat depèn del tipus: covalent i iònic fort, l'hidrogen, per exemple, és més feble.

estructura cristal·lina

El cos sòlid és més difícil. Per al model, que utilitza la teoria de bandes de sòlids, generalment d'un vidre perfecte. Això vol dir que és sense fi i sense pecat - cada àtom en el seu propi lloc, la càrrega total és zero. Kernel fluctua al voltant d'una posició particular d'equilibri, però els electrons pot dir que en general. Depenent de com "fàcil" un àtom dóna els seus partícules negatives adjacents, s'obté l'estructura electrònica rígidament per defecte dels dielèctrics o metalls núvol. He d'afegir que, en considerar que se suposa que tots els electrons ocupen la quantitat mínima d'energia per a ells, el que significa que el cos està a zero graus Kelvin. A temperatures més altes, l'amplitud d'oscil·lació com els nuclis i els electrons força i, per tant, aquests últims són capaços d'ocupar més alts nivells d'energia. la distribució de partícules negatives es torna més "solt". En alguns problemes, és important, però, per descriure aquest fenomen com a tal temperatura no és tan important.

principi de Pauli i el carregador

El concepte de la teoria de bandes dels sòlids només pot aconseguir-se bo recordar el que el principi de Pauli. Si imaginem que els electrons - una bossa de sucre, llavors, si aquestes bosses molt, carregador condicional van a imposar a l'altra. Cada "bossa" pren el seu lloc en l'espai. Per als electrons, això vol dir que en un estat donat només un pot estar en un sol sistema. Aquest és el principi d'exclusió de Pauli. Recordeu que tenim en ment les condicions ideals, és a dir, la temperatura de zero graus Kelvin, i el vidre infinit. Tot el sistema està en les mateixes condicions de temperatura, estrès mecànic, defectes són els mateixos en totes les parts d'un tot.

zona de vidres electrònics

Al vidre, una pluralitat d'un tipus d'àtoms. Un mol de substància comprèn una sèrie d'elements de grau deu a vint terç. Quants mols per quilogram, per exemple, la sal? Així que fins i tot es pot dir que fins i tot el més petit de vidre conté inimaginablement molts àtoms. Cada element químic té el seu propi patró d'òrbites dels electrons, i què fer si es troben en un sol cos uns pocs? Després de tot, d'acord amb el principi d'exclusió de Pauli, han d'ocupar diferents estats. Teoria de bandes de sòlids ofereix la següent manera - les òrbites dels electrons es converteixen en diferents energies. La diferència entre ells és tan petita que es pressionen, recolzant-se l'un a l'altre molt bé per formar una zona contínua. Per tant, cada nivell de l'electró en l'àtom es converteix en una zona al vidre en massa. Elements de la teoria de bandes dels sòlids poden ajudar a explicar la diferència entre aïllants i conductors.

Electrònica dins de la zona

Ja hem parlat del que està succeint amb una gran quantitat d'electrons, que en un àtom comparteixin la mateixa òrbita, la formació del cristall. Però el seu comportament dins de la zona fins que va deixar sense llum. Comparteix aquest ja important perquè determina la diferència entre metalls i no metalls. Com ja s'ha esmentat anteriorment, la teoria de la banda de sòlids mostra que els nivells d'energia dins de la banda d'àtoms individuals diferents òrbites difereixen tan poc que gairebé formen un espectre continu. Per tant, per superar la barrera de potencial entre l'electró no és difícil - els mou lliurement, per això és suficient fins i tot de calor. No obstant això, cada u de la banda permesa té els seus límits. Sempre hi ha un nivell d'energia que és més alta o més baixa que les altres.

València prohibida, conductivitat

Entre aquestes zones tenen una àrea d'energia, on no hi ha un nivell en el qual un electró podria ser. En els gràfics, apareix com un espai blanc. I es diu la banda prohibida. Per superar aquesta barrera d'electrons només poden tirada. Per tant, ha de rebre apropiat per a aquesta energia. La zona amb la major energia, que per a aquest tipus d'àtoms permès existència d'electrons es diu la banda de valència, i després que - la conductivitat.

dielèctrica del metall

Conducció teoria de bandes de sòlids sosté que la presència o absència dels electrons a la banda de conducció indica la facilitat amb que flueix en aquesta substància actual. Per tant diferents metalls i dielèctrics. En el primer cas, la banda de conducció ja conté electrons, ja que es superposa amb valència. A les partícules de mitjans negatiu són lliures de moure sota l'acció del camp electromagnètic, sense cap aportació d'energia addicional. Per tant, el corrent elèctric en els metalls sembla tan fàcil, de fet - a l'instant, tan aviat com el camp. I per la mateixa raó, el filferro és d'acer, coure, alumini.

Materials per al qual les bandes de valència i de conducció separats per un dielèctrics-anomenada energia. Aquests electrons són atrapats en el nivell més baix permès. bretxa de banda separa les partícules negatives des del nivell en què es podien moure lliurement. I l'energia que s'ha d'informar als electrons que de superar-ho, destruir el material. O canviar les seves propietats més enllà del reconeixement. Per tant, els cables d'embolcall de plàstic es fon i es crema, però no condueix l'electricitat.

semiconductors

Però hi ha una classe intermèdia de materials que tenen una banda prohibida, però sota certes condicions capaços de conduir el corrent elèctric. Es diuen - els semiconductors. Igual que el dielèctric, tenen una diferència d'energia entre la conducció i de valència. No obstant això, és menys i superar amb una mica d'esforç. semiconductor clàssica és de silici (en llatí - Silicium). El famós Silicon Valley és famós per les tecnologies basades en l'ús de vidres d'aquesta substància és crear dispositius electrònics.