Bandet teori fasta ämnen. Kvantmekanik attrapper

Den här artikeln förklarar vad bandet teorin om fasta ämnen. Visat vad det är anledningen till det är en representation av strukturen av materia. Resultat av metaller som skiljer sig från dielektrika och halvledare.

Rosette och Button

Hur många gånger om dagen kommer vi att klicka på de olika knapparna? Ingen ens tänkt att komma kan inte räkna det - har blivit så bekant att åtgärder. Och man inte tror att allt detta är endast möjligt tack vare hur lätt det är att bära en elektrisk ström i metaller. Slå på ljuset, koka vattenkokare, köra tvättmaskinen, för att inte tala om de åtgärder för smartphones, är kompletta kretsen och låta elektronerna i ledarna för att arbeta i stället för människor. Förklaring till sådana fenomen som ledningsuppsättningen. Den mest uppenbara kanske är bandet teorin om fasta ämnen.

Atom och vattenkokare

Alla som var i gymnasiet, har en uppfattning om strukturen i atomen. Minns runt en positivt laddad tung kärna (består av protoner och neutroner) roterar lungor små elektroner. Antal negativa partiklar exakt lika med antalet positiva. För att inte borra läsare, förklarar i stil med "Kvantmekanik för Dummies". Varje elektronomloppsbana är strikt begränsad, för vilket den kan rotera runt kärnan i ett givet kemiskt element. I sin tur, har varje art ett unikt mönster atomer såsom banor. Det var så spectroscopists forskare skilja bor från selen och arsenik från natrium. Emellertid, förutom de rena ämnen i naturen, det finns ett oändligt antal olika kombinationer. Kvantmekanik (för attrapper, läsaren bör komma ihåg) menar att i komplexa föreningar banor korsar varandra, slå samman, transformera, sträckt, vilket skapar en anslutning. Deras kvalitet beror på typ: kovalenta och joniska starkare, väte, till exempel, är svagare.

kristallstruktur

Den fasta kroppen är svårare. För modellen, som använder bandteori av fasta ämnen, vanligtvis tar en perfekt kristall. Detta innebär att det är oändlig och utan synd - varje atom på sin egen plats, är den totala avgiften noll. Kernel fluktuera kring ett visst jämviktsläge, men elektronerna kan säga totalt. Beroende på hur "lätt" en atom donerar dess intilliggande negativa partiklar, erhålles den stelt förutbestämd elektronstruktur av dielektrika eller metaller moln. Jag bör tillägga att när man överväger det förutsätts att alla elektronerna upptar den minsta mängd energi till dem, vilket innebär att kroppen är på noll Kelvin. Vid högre temperaturer, oscillationsamplituden som kärnorna och elektronerna starkt och följaktligen de senare är i stånd att uppta högre energinivåer. Negativa partiklar fördelning blir mer "lös". I vissa problem, är det emellertid viktigt att beskriva detta fenomen som sådan temperatur är inte så viktigt.

Pauli princip och lastaren

Begreppet bandteori fasta kan uppnås bara bra att komma ihåg vad Pauli principen. Om vi tänker oss att elektronerna - en påse socker, då, om dessa påsar en hel del, villkorligt loader kommer de ålägger varandra. Varje "bag" tar sin plats i rymden. För elektroner, innebär detta att i ett givet tillstånd bara en kan vara i ett system. Detta är principen Pauli utslagning. Observera att vi har i åtanke de idealiska förhållanden, temperaturen noll Kelvin, och det oändliga kristallen. Hela systemet är i samma förhållanden med avseende på temperatur, mekanisk belastning, defekter är desamma i alla delar av en helhet.

Elektroniska kristaller zon

I kristallen, ett flertal en typ av atomer. En mol substansen omfattar en tio till tjugotredje graders element. Hur många mol per kilo, till exempel salt? Så du kan även säga att även de minsta kristallen innehåller ofattbart många atomer. Varje grundämne har sitt eget mönster av elektronbanorna, och vad man ska göra om de befinner sig i en kropp ett par? När allt enligt principen Pauli utslagning, måste de intar olika tillstånd. Band teori om fasta erbjuder följande sätt - elektron banor blir olika energier. Skillnaden mellan dem är så små att de trycks, stödd på varandra mycket tätt för att bilda en kontinuerlig zon. Således är varje nivå i elektron i atomen omvandlas till en zon i bulkkristall. Delar av band teori fasta kan hjälpa till att förklara skillnaden mellan isolatorer och ledare.

Electronic inom zonen

Vi har redan diskuterat vad som händer med en hel del av elektroner, som i en atom bor i samma bana, bildandet av kristallen. Men deras beteende inne i zonen tills vi lämnade släckt. Dela redan viktigt eftersom det avgör skillnaden mellan metaller och icke-metaller. Såsom redan nämnts ovan, bandteorin av fasta ämnen visar att energinivåerna inuti bandet av enskilda atomer olika banor skiljer sig så lite som nästan bildar ett kontinuerligt spektrum. Således, för att övervinna den potentiella barriären mellan elektronen är inte svårt - det rör dem fritt, för detta är tillräckligt jämn värme. Emellertid var och en av den tillåtna bandet har sina gränser. Det finns alltid en energinivå som är högre eller lägre än de andra.

Valence förbjudet, konduktivitet

Mellan dessa zoner har en area av energi, där det inte finns någon nivå vid vilken en elektron skulle kunna vara. I diagrammen, verkar det som en vit lucka. Och hon kallade bandgapet. För att övervinna denna barriär elektron kan bara ryck. Så måste han få lämplig för denna energi. Zonen med största energi, vilket för denna typ av atomer tillåten förekomsten av elektroner kallas valensbandet, och efter det - ledningsförmåga.

metall dielektriska

Ledningsbandteori av fasta ämnen har hävdat att närvaron eller frånvaron av elektroner i ledningsbandet indikerar hur lätt flyter i denna aktuella substansen. Därmed olika metaller och dielektrika. I det förstnämnda fallet redan innehåller ledningsbandet elektroner, eftersom överlappar med valens. Ett organ negativa partiklar är fria att röra sig under inverkan av det elektromagnetiska fältet, utan någon ytterligare energitillförsel. Därför den elektriska strömmen i metaller verkar så lätt, faktiskt - direkt, så snart fältet. Och av samma skäl, är tråden tillverkad av stål, koppar, aluminium.

Material för vilka ledningsband separerade av ett energi kallas dielektrika. Dessa elektroner är instängda i den lägre nivån tillåten. Bandgap separerar de negativa partiklarna från den nivå där de kunde röra sig fritt. Och den energi som måste rapporteras till elektronerna att övervinna den, förstöra materialet. Eller ändra dess egenskaper oigenkännlighet. Därför smälter plastfolie ledningar och brännskador, men ingen elektricitet.

halvledare

Men det finns en mellanliggande klass av material som har ett bandgap, men under vissa förhållanden kan leda elektrisk ström. De kallas - halvledare. Liksom dielektrikum, de har en energigapet mellan lednings och valens. Men det är mindre och övervinna med viss ansträngning. Klassisk halvledaren är kisel (på latin - Silicium). Den berömda Silicon Valley är känd för tekniker baserade på användning av kristaller av detta ämne är att skapa elektroniska apparater.