De band teory fan fêste stoffen. Kwantummeganika foar Dummies

Dit artikel leit út wat de band teory fan fêste stoffen. Sjen, wat it is de reden is it in werjefte fan 'e opbou fan' e matearje. Results of metalen oars út dielectrics en Semiconductors.

Rosette en Button

Hoefolle kear deis sille wy klik op de ferskate knoppen? Gjinien sels tocht oan komme kin net telle it - wurden is sa bekend, dat aksje. En minske him net tinke dat alles dat is allinne mooglik tank oan hoe maklik it is it ferfieren fan in elektryske stroom yn metalen. Skeakelet de ljocht, kook tsjettel, rinne de waskmasine, net te ferjitten de aksjes op smartphones, betsjut folje it circuit en tastean de elektroanen yn de diriginten te wurkjen ynstee fan minsken. Utlis fan sokke ferskynsels as de conductivity set. De meast sichtber, miskien, is de band teory fan fêste stoffen.

Atoom en Kettles

Eltsenien dy't yn hege skoalle, hat in idee fan de struktuer fan it atoom. Bring efkes om in posityf rekken swiere kearn (bestiet út protoanen en neutroanen) draaie longen lytse elektroanen. Oantal negative dieltsjes krekt is lyk oan it oantal posityf. Om net te bore lêzers, ferklearje yn 'e styl fan' kwantummeganika foar Dummies. " Elts elektron baan is strikt beheind, dêr't it kin draaie om de kearn yn in opjûne gemysk elemint. Yn beurt, elk soarten hat in unike patroan atomen sokke banen. It waard sa spectroscopists wittenskippers ûnderskiede boron út selenium en arsenicum út natrium. Lykwols, neist it suvere stoffen yn de natoer, binne der in ûneinige oantal ferskillende kombinaasjes. Kwantummeganika (Foar Dummies, de lêzer moat ûnthâlde) stelt dat yn komplekse ferbiningen banen kruse, fusearje, skeppen, spand, it meitsjen fan in ferbining. Har kwaliteit hinget ôf fan it type: covalent en ioanyske sterker, wetterstof, bygelyks, is swakker.

crystal struktuer

It bêst liif is dreger. Foar it model, dy't brûkt de band teory fan fêste stoffen, meastal nimme in perfekte kristal. Dat betsjut dat it is it ûneinige en sûnder sûnde - eltse atoom op syn eigen plak, de totale lading is nul. Kernel skommelje om in bysûndere posysje fan it lykwicht, mar de elektroanen kin sizze algehiele. Ofhinklik fan hoe "maklik" ien atoom donearret syn oanswettende negative dieltsjes, it is verkregen rigidly foarbeskaaide elektroanyske struktuer fan dielectrics of metalen wolke. Ik moat sizze dat wannear't sjoen wurdt der fanút gien dat al de elektroanen besette it minimumbedrach fan enerzjy oan harren, wat betsjut dat it lichem is op nul Kelvin. By hegere temperatueren, it befieming fan oscillation as de kearnen en de elektroanen sterk en, dêrfandinne, dat lêste binne by steat om te besetten heger enerzjy nivo. Negative dieltsjes ferdieling wurdt mear "los". Yn guon problemen, is it wichtich, lykwols, foar it beskriuwen fan dit ferskynsel as sa'n temperatuer is net sa wichtich.

Pauli prinsipe en de loader

It konsept fan de band teory fan fêste stoffen kinne berikt allinne goed om te ûnthâlden wat de Pauli prinsipe. As wy yntinke dat de elektroanen - in tas fan sugar, dan, as dy tassen in soad, ûnder betingsten loader sille se oplizze op elkoar. Elke "tas" fynt syn plak yn de romte. Foar elektroanen, dit betsjut dat der yn in beskate steat mar ien kin wêze yn ien systeem. Dit is de Pauli útsluting prinsipe. Tink derom dat wy hawwe foar eagen de ideale omstannichheden, oftewol de temperatuer fan nul Kelvin, en de ûneinige kristal. It hiele systeem is yn deselde betingsten fan temperatuer, meganyske stress, mankeminten binne itselde yn alle dielen fan in gehiel.

Elektroanyske kristallen sône

Yn it kristal, in mearfâldichheid fan ien soarte fan atomen. Ien mol of stof bestiet út in tsien oant tweintich-tredde graad eleminten. Hoefolle mollen per kilogram, bygelyks, sâlt? Sa kinne jo ek sizze, dat sels de lytste crystal befettet unimaginably soad atomen. Eltse gemysk elemint hat syn eigen patroan fan elektron banen, en wat te dwaan as se binne yn ien lichem in pear? Ommers, neffens de Pauli prinsipe, se moatte nimme in oare steat. Band teory fan fêste stoffen biedt de neikommende wize - it elektron banen wurde ferskillende techniken. It ferskil tusken harren is sa lyts, dat se ûnder druk set, lynjend op elkoar hiel strak te foarmje in trochgeande sône. Sa, elk nivo fan it elektron yn it atoom wurdt omset yn in sône yn de bulk kristal. Eleminten fan band teory fan fêste stoffen kinne helpe ferklearje it ferskil tusken isolatoaren en diriginten.

Elektroanyske binnen de sône

Wy hawwe al bepraat wat der libbet mei in soad elektroanen, dy't yn in atoom besetten deselde baan, de foarming fan de kristal. Mar harren gedrach binnen de sône oant wy ferliet unlit. Diele dit al wichtich omdat it bepaalt it ferskil tusken metalen en net-metalen. Sa't al neamd boppe, de band teory fan fêste stoffen docht bliken dat de enerzjy nivo binnen de band fan yndividuele atomen ferskillende banen ferskille sa'n bytsje, dat hast foarmje in trochgeande spektrum. Sa, te oerwinnen de potinsjele barriêre tusken it elektron is net dreech - It beweecht se frij, hwent dat is genôch sels waarmte. Mar elts fan 'e tastien band hat syn grinzen. Der is altyd in enerzjy nivo dat is heger of leger as de oaren.

Valence ferbean, conductivity

Tusken dizze sônes hawwe in oerflak fan enerzjy, dêr't der gjin nivo op hokker in elektron koe wêze. Yn de grafiken, docht bliken as in wite kleau. En hja neamde de band kleau. Te oerwinnen dizze barriêre elektron kin allinnich jerk. Dus, hy moat ûntfange passend foar dizze enerzjy. De sône mei de grutste enerzjy, dy't foar dit soarte fan atomen tastien bestean fan elektroanen wurdt neamd de Valence band, en folget it - conductivity.

Metal dielectric

Conduction band teory fan fêste stoffen ûnderhâldt dat de oanwêzigens of ôfwêzigens fan elektroanen yn de conduction band jout oan hoe maklik mûnet yn dizze aktuele stof. Sa ferskillende metalen en dielectrics. Yn de eardere gefal, de conduction band al befettet elektroanen, sûnt oerlapet by Valence. In middel negative dieltsjes binne frij te ferpleatsen ûnder de aksje fan de elektromagnetyske fjild, sûnder ienich foarm fan fierdere enerzjy input. Dêrom, de elektryske stroom yn metalen ferskynt sa maklik, yn feite - direct, sa gau as it fjild. En om 'e selde reden, de tried wurdt makke fan stiel, koper, aluminium.

Materialen dêr't de Valence en conduction bands skieden troch in enerzjy-neamd dielectrics. Dy elektroanen binne finzen yn de legere nivo tastien. Band gat skiedt de negative dieltsjes út it nivo dêr't sy koenen bewege om frij. En de enerzjy dy't moat meld wurde by de elektroanen it oer, fernielen it materiaal. Of feroarje har eigenskippen fierder as erkenning. Dêrom, plastic wrap triedden raant en brandwonden, mar net fiere elektrisiteit.

Semiconductors

Mar der is in tuskenstap klasse fan 'e materialen dy't hawwe in bandgap, mar ûnder beskate betingsten steat fan it útfieren fan elektryske stroom. Se wurde neamd - Semiconductors. Lykas de dielectric, se hawwe in enerzjy gat tusken de conduction en Valence. It is lykwols minder en oerwûn mei wat muoite. Klassike semiconductor is silisium (yn it Latyn - Silicium). De ferneamde Silicon Valley ferneamd foar technologyen basearre op it brûken fan kristallen fan dizze stof is te meitsjen elektroanyske apparaten.