نظرية عصابة من المواد الصلبة. ميكانيكا الكم لالدمى

يشرح هذا المقال ما نظرية عصابة من المواد الصلبة. مبين، ما هو عليه والسبب هو تمثيل بنية المادة. نتائج معادن مختلفة من العوازل وأشباه الموصلات.

روزيت وزر

كم مرة في اليوم ونحن سوف انقر على الأزرار المختلفة؟ أصبحت على دراية بذلك أن العمل - لا أحد حتى يعتقد أن تأتي لا يمكن الاعتماد عليه. والرجل لا يعتقدون أن كل هذا ما هو إلا بفضل كيف انه من السهل تحمل التيار الكهربائي في المعادن. بدوره على ضوء، وتغلي غلاية، تشغيل الغسالة، ناهيك عن الإجراءات على الهواتف الذكية، يعني استكمال الدائرة وتسمح الإلكترونات في الموصلات للعمل بدلا من الناس. تفسير مثل هذه الظواهر على أنها مجموعة الموصلية. الأكثر وضوحا، ربما، هي نظرية عصابة من المواد الصلبة.

ذرة والغلايات

كل من كان في المدرسة الثانوية، لديه فكرة من بنية الذرة. أذكر حول نواة موجبة الشحنة الثقيلة (تتكون من البروتونات والنيوترونات) تدوير الرئتين الإلكترونات قليلا. عدد من الجسيمات سالبة يساوي بالضبط عدد إيجابية. لكي لا تتحمل القراء، وشرح في اسلوب "ميكانيكا الكم لالدمى". كل مدار الإلكترون يقتصر، والتي يمكن أن تدور حول النواة في عنصر كيميائي معين. بدوره، كل الأنواع لديها نمط فريد من نوعه ذرات هذه المدارات. وكان spectroscopists من العلماء تميز البورون من السيلينيوم والزرنيخ من الصوديوم. ومع ذلك، بالإضافة إلى المواد النقية في الطبيعة، وهناك عدد لا حصر له من تركيبات مختلفة. ميكانيكا الكم (للحصول على الدمى، والقارئ ينبغي أن نتذكر) يقول إن في المركبات المعقدة مدارات تتقاطع، دمج، تحويل، امتدت، وخلق اتصال. جودتها تعتمد على نوع: التساهمية والأيونية أقوى، والهيدروجين، على سبيل المثال، هو الأضعف.

التركيب البلوري

الجسم الصلب هو أكثر صعوبة. لهذا النموذج، الذي يستخدم نظرية عصابة من المواد الصلبة، وعادة ما تأخذ الكريستال الكمال. وهذا يعني أنه لا نهاية لها، ودون ذنب - كل ذرة في مكانها الخاص، تهمة مجموع صفر. نواة التذبذب حول موقف معين من التوازن، ولكن يمكن أن الإلكترونات يقول بشكل عام. اعتمادا على كيفية تتبرع "سهلة" ذرة واحدة جسيمات سالبة المجاورة لها، تم الحصول عليها هيكل الإلكترونية محدد سلفا بشكل صارم من العوازل أو المعادن سحابة. وأود أن أضيف أنه عندما تفكر يفترض أن جميع الإلكترونات تحتل الحد الأدنى من الطاقة لهم، وهو ما يعني أن الجسم عند مستوى الصفر كلفن. عند ارتفاع درجات الحرارة، سعة التذبذب كما نوى والإلكترونات بقوة، وبالتالي، فإن هذا الأخير قادرون على احتلال أعلى مستويات الطاقة. توزيع الجسيمات السلبية يصبح أكثر "فضفاضة". في بعض المشاكل، من المهم، مع ذلك، لوصف هذه الظاهرة على هذا النحو درجة الحرارة ليست في غاية الأهمية.

مبدأ باولي ومحمل

مفهوم نظرية عصابة من المواد الصلبة يمكن أن يتحقق جيد فقط أن نتذكر ما مبدأ باولي. إذا تخيلنا أن الإلكترونات - كيس من السكر، ثم، إذا كانت هذه الحقائب كثيرا، محمل مشروطة فإنها تفرض على بعضها البعض. كل "حقيبة" تأخذ مكانها في الفضاء. للإلكترونات، وهذا يعني أنه في حالة معينة واحدة فقط يمكن أن يكون في نظام واحد. وهذا هو مبدأ استبعاد باولي. لاحظ أن لدينا في الاعتبار الظروف المثالية، أي درجة حرارة صفر كلفن، والبلورة لانهائية. النظام كله في نفس ظروف درجة الحرارة و الضغط الميكانيكي، العيوب هي نفسها في جميع أنحاء ككل.

منطقة بلورات الالكترونية

في وضوح الشمس، وافر من نوع واحد من الذرات. واحد مول من مادة يتألف من عناصر درجة عشرة إلى عشرين ثالث. كم عدد الشامات للكيلوغرام الواحد، على سبيل المثال، الملح؟ لذلك يمكن القول حتى أنه حتى أصغر وضوح الشمس يحتوي على العديد من ذرات لا يمكن تصوره. كل عنصر كيميائي له نمط خاص به من مدارات الإلكترون، وماذا تفعل إذا كانوا في جسد واحد عدد قليل؟ بعد كل شيء، وفقا لمبدأ استبعاد باولي، ويجب أن تحتل ولايات مختلفة. نظرية عصابة من المواد الصلبة تقدم على النحو التالي - مدارات الإلكترون تصبح طاقات مختلفة. الفرق بينهما هو صغير بحيث يتم الضغط عليهم، يميل كل منهما على الآخر بإحكام جدا لتشكيل منطقة مستمرة. وهكذا، يتم تحويل كل مستوى من الإلكترون في الذرة إلى المنطقة في الكريستال بالجملة. عناصر نظرية عصابة من المواد الصلبة يمكن أن تساعد في شرح الفرق بين العوازل والموصلات.

الالكترونية داخل المنطقة

وقد سبق ما يحدث مع الكثير من الإلكترونات، والتي في ذرة تحتل نفس المدار، وتشكيل الكريستال. ولكن سلوكهم داخل المنطقة حتى تركنا مظلمة. مشاركة هذا مهم بالفعل لأنه يحدد الفرق بين المعدنية وغير المعدنية. كما سبق ذكره أعلاه، فإن نظرية عصابة من المواد الصلبة تظهر أن مستويات الطاقة داخل الفرقة من الذرات الفردية مدارات مختلفة تختلف قليلا بحيث تشكل ما يقرب من طيف مستمر. وهكذا، للتغلب على حاجز محتمل بين الإلكترون ليس من الصعب - وهو يتحرك فيها بحرية، لأن هذا هو ما يكفي من الحرارة حتى. ومع ذلك، كل من الفرقة يسمح له حدوده. هناك دائما مستوى الطاقة التي هي أعلى أو أقل من الآخرين.

التكافؤ المحظورة، الموصلية

بين هذه المناطق لديها مجال الطاقة، حيث لا يوجد المستوى الذي يمكن أن يكون الإلكترون. في الرسوم البيانية، فإنه يظهر على شكل فجوة البيضاء. ودعت الفجوة الفرقة. للتغلب على هذا الحاجز الإلكترون يمكن رعشة فقط. لذا، لا بد له من الحصول على المناسب لهذه الطاقة. ويطلق على المنطقة مع أكبر قدر من الطاقة، والتي لهذا النوع من ذرات يسمح بوجود الإلكترونات عصابة التكافؤ، ويلي ذلك - الموصلية.

عازل المعادن

التوصيل نظرية عصابة من المواد الصلبة تؤكد أن وجود أو عدم وجود الإلكترونات في نطاق التوصيل يشير إلى مدى بسهولة يتدفق في هذه المادة الحالية. المعادن والعوازل مختلفة وهكذا. في الحالة الأولى، والفرقة التوصيل يحتوي بالفعل الإلكترونات، حيث تتداخل مع التكافؤ. A الجسيمات الوسائل السلبية أحرار في التحرك في إطار العمل من المجال الكهرومغناطيسي، دون أي مساهمة إضافية من الطاقة. ولذلك، فإن التيار الكهربائي في المعادن يبدو من السهل جدا، في الواقع - على الفور، في أقرب وقت هذا المجال. وللسبب نفسه، ويتكون سلك من الفولاذ والنحاس والألمنيوم.

المواد التي التكافؤ والتوصيل العصابات مفصولة العوازل يسمى الطاقة. محاصرون هذه الالكترونات في المستوى الأدنى المسموح به. فجوة تفصل الجزيئات السلبية من المستوى الذي يمكنهم التنقل بحرية. والطاقة التي يجب أن تبلغ إلى الإلكترونات للتغلب عليها، وتدمير المواد. أو تغيير خصائصه يصعب التعرف عليها. لذلك، والأسلاك البلاستيكية التفاف يذوب والحروق، ولكن لا توصل الكهرباء.

أشباه الموصلات

ولكن هناك فئة وسيطة من المواد التي لديها فجوة نطاقها، ولكن في ظل ظروف معينة قادرة على إجراء التيار الكهربائي. ما يطلق عليه - أشباه الموصلات. مثل عازلة، لديهم فجوة الطاقة بين التوصيل والتكافؤ. ومع ذلك، فمن أقل والتغلب عليها مع بعض الجهد. أشباه الموصلات الكلاسيكي هو السيليكون (باللاتينية - السليكون). الشهير وادي السليكون تشتهر التكنولوجيات القائمة على استخدام بلورات من هذه المادة هو خلق الأجهزة الإلكترونية.