A teoría banda de sólidos. Mecánica Cuántica para Dummies

Este artigo explica o que a teoría banda de sólidos. Mostra, o que é a razón, é unha representación da estrutura da materia. Resultados de diferentes metais de dieléctricos e semicondutores.

Rosette e Button

Cantas veces ao día, imos premer nos botóns? Ninguén sequera pensado para vir non pode contalo - tornouse tan familiar que acción. E o home non pensar que todo isto só é posible grazas ao quão doado é cargar unha corrente eléctrica en metais. Conectar a luz, ferver chaleira, realizar a lavadora, sen esquecer as accións en smartphones, significa completar o circuíto e permitir que os electróns nos condutores para traballar en vez de persoas. Explicación de fenómenos como o conxunto de condutividade. O máis evidente, se cadra, é a teoría banda de sólidos.

Atom e CHALEIRA

Todo o mundo que estaba na escola, ten unha idea da estrutura do átomo. Recordar en torno a un núcleo pesado cargado positivamente (consiste en protóns e neutróns) rodar pulmóns pouco electróns. Número de partículas negativas iguala o número de positivo. Co fin de non lectores burato, explican no estilo de "Mecánica Cuántica para Dummies". Cada órbita, é estrictamente limitado, para que este poida rodar arredor do núcleo dun determinado elemento. Pola súa banda, cada especie ten un patrón único átomos tales órbitas. Foi así espectroscopistas científicos distinguir boro de selenio e arsénico de sodio. Con todo, máis aló das sustancias puras na natureza, hai un número infinito de combinacións diferentes. A mecánica cuántica (para modelos, o lector debe lembrar) argumenta que en compostos complexos órbitas se cruzan, fundir, transformar, estirado, a creación dunha conexión. A súa calidade depende do tipo: covalente e iónico forte, de hidróxeno, por exemplo, é máis débil.

estrutura de cristal

O corpo sólido é máis difícil. Para o modelo, que usa a teoría de banda de sólidos, xeralmente levan un cristal perfecto. Isto significa que é infinito e sen pecado - cada átomo no seu propio lugar, a carga total é cero. Núcleo flotar en torno a unha determinada posición de equilibrio, pero os electróns poden dicir xeral. Dependendo de como "fácil" un átomo de doa súas partículas negativas adxacentes, obtense estrutura electrónica rixidamente predeterminada de dieléctricos ou metais nube. Debo engadir que, ao considerar presume-se que todos os electróns ocupan a cantidade mínima de enerxía para eles, o que significa que o corpo está en cero Kelvin. A temperaturas máis elevadas, a amplitude de oscilación como os núcleos e os electróns forte e, por iso, esta última é capaz de ocupar máis altos niveis de enerxía. distribución de partículas negativas faise máis "frouxo". En algúns problemas, é importante, con todo, para describir este fenómeno como tal temperatura non é tan importante.

principio de Pauli eo cargador

O concepto da teoría banda de sólidos pode ser alcanzada só bo lembrar que o principio Pauli. Se imaxinarmos que os electróns - unha bolsa de azucre, a continuación, se estas bolsas moito, cargador condicional eles impoñen sobre o outro. Cada "bag" toma o seu lugar no espazo. Para electróns, isto quere dicir que en un estado só unha pode estar nun sistema. Este é o principio de exclusión de Pauli. Teña en conta que temos en mente as condicións ideais, é dicir, a temperatura de cero Kelvin, eo cristal infinito. Todo o sistema é, nas mesmas condicións de temperatura, esforzos mecánicos, defectos son os mesmos en todas as partes do conxunto.

zona cristais electrónicos

No cristal, unha pluralidade de un tipo de átomos. Unha mole de sustancia comprende un elementos de dez a vinte de terceiro grao. Cantos moles por quilogramo, por exemplo, o sal? Así, pode ata dicir que mesmo a menor cristal contén inimaginavelmente moitos átomos. Cada elemento ten o seu propio patrón de órbitas de electróns, eo que facer se eles están en un corpo un pouco? Despois de todo, de acordo co principio de exclusión de Pauli, deben ocupar diferentes estados. teoría banda de sólidos ofrece a seguinte xeito - as órbitas de electróns fan a diferentes enerxías. A diferenza entre eles é pequena de xeito que xa son presionados, inclina-se en un ao outro moi fortemente, para formar unha zona continua. Así, cada nivel do electrón no átomo é converter a unha zona no cristal grandes cantidades. Elementos de teoría banda de sólidos pode axudar a explicar a diferenza entre illantes e condutores.

Electrónica dentro da zona

Nós xa discutir o que está a suceder con unha morea de electróns, que nun átomo ocupan a mesma órbita, a formación do cristal. Pero o seu comportamento dentro da zona ata a esquerda apagada. Compartir este xa importante, pois determina a diferenza entre metais e non metais. Como xa se mencionou anteriormente, a teoría de banda de sólidos mostra que os niveis de enerxía dentro da banda de átomos individuais diferentes órbitas difiren tan pouco que case formar un espectro continuo. Así, para superar a barreira de potencial entre o electrón non é difícil - se move libremente, pois iso é o suficiente incluso calor. Con todo, cada un da banda permitida ten os seus límites. Sempre hai un nivel de enerxía que é maior ou menor que os outros.

Valence prohibida, condutividade

Entre estas zonas teñen unha área de enerxía, onde non hai ningún nivel en que un electrón podería ser. Nos gráficos, que aparece como unha lagoa branco. E ela chamou o gap. Para superar este electrón barreira só pode idiota. Así, debe recibir apropiado para esa enerxía. A zona coa maior enerxía, que para este tipo de átomos de existencia de electróns permitida chámase a banda de valencia, e seguindo-- condutividade.

dieléctrica de metal

teoría banda de condución de sólidos sostén que a presenza ou ausencia de electróns na banda de condución indica a facilidade con que flúe nesta substancia actual. Así, diferentes metais e dieltricos. No primeiro caso, a banda de condución xa contén electróns, xa que coincide co Valencia. Un medio negativo partículas son libres para se moveren baixo a acción do campo electromagnético, sen entrada de enerxía adicional. Polo tanto, a corrente eléctrica en metais parece tan fácil, en realidade - instantaneamente, así que o campo. E, pola mesma razón, o fío está feito de aceiro, cobre, aluminio.

Materiais para as que as bandas de condución e de Valencia separados por un chamado dieltricos de enerxía. Estes electróns están presos no nivel máis baixo permitido. lagoa da banda separa as partículas negativas do nivel no que se pode mover libremente. É a enerxía que deben ser comunicadas aos electróns para superalo, destruír o material. Ou cambiar as súas propiedades máis alá do recoñecemento. Polo tanto, fíos película de plástico derrete e queimaduras, pero non conduce electricidade.

semicondutores

Pero hai unha clase intermedia de materiais que teñen un bandgap, pero baixo certas condicións capaz de conducir corrente eléctrica. Son chamados - semicondutores. Como o dieléctrico, eles teñen unha diferenza de enerxía entre a condución e de Valencia. Con todo, é menos e superar con algún esforzo. semicondutores clásico é o silicio (en latín - Silicium). O famoso Silicon Valley é famosa por tecnoloxías baseadas no uso de cristais desta sustancia é crear dispositivos electrónicos.