La teoría de la banda de sólidos. La mecánica cuántica para los maniquíes

En este artículo se explica qué es la teoría de bandas de sólidos. Se muestra, lo que es la razón por la que es una representación de la estructura de la materia. Resultados de metales diferentes de los dieléctricos y semiconductores.

Roseta y Button

¿Cuántas veces al día en que se haga clic en los distintos botones? Ni siquiera se había esperado que eso no puede contar con él – se ha vuelto tan familiar que la acción. Y el hombre no piensa que todo esto sólo es posible gracias a lo fácil que lleva una corriente eléctrica en los metales. Encender la luz, hervir el hervidor de agua, ejecute la lavadora, por no hablar de las acciones en los teléfonos inteligentes, significa completar el circuito y permitir que los electrones en los conductores que trabajan en lugar de personas. Explicación de fenómenos tales como el conjunto de conductividad. La más obvia, tal vez, es la teoría de bandas de sólidos.

Atom y calderas

Todos los que estaban en la escuela secundaria, tiene una idea de la estructura del átomo. Recordemos alrededor de un núcleo pesado cargado positivamente (consiste de protones y neutrones) giran pulmones pequeños electrones. Número de partículas negativas es exactamente igual al número de positivos. Con el fin de no lectores calibre, explique en el estilo de "la mecánica cuántica para los maniquíes." Cada órbita del electrón está estrictamente limitado, para lo cual puede girar alrededor del núcleo en un elemento químico dado. A su vez, cada especie tiene un patrón único átomos tales órbitas. Fue así que los científicos distinguen espectroscopistas boro del selenio y arsénico de sodio. Sin embargo, además de las sustancias puras en la naturaleza, hay un número infinito de combinaciones diferentes. La mecánica cuántica (para los maniquíes, el lector debe recordar) sostiene que en los compuestos complejos órbitas se cruzan, se mezclan, se transforman, se estiró, creando una conexión. Su calidad depende del tipo: covalente y iónico fuerte, el hidrógeno, por ejemplo, es más débil.

estructura cristalina

El cuerpo sólido es más difícil. Para el modelo, que utiliza la teoría de bandas de sólidos, por lo general de un cristal perfecto. Esto significa que es sin fin y sin pecado – cada átomo en su propio lugar, la carga total es cero. Kernel fluctúa alrededor de una posición particular de equilibrio, pero los electrones puede decir que en general. Dependiendo de cómo "fácil" un átomo dona sus partículas negativas adyacentes, se obtiene la estructura electrónica rígidamente predeterminada de los dieléctricos o metales nube. Debo añadir que, al considerar que se supone que todos los electrones ocupan la cantidad mínima de energía para ellos, lo que significa que el cuerpo está a cero grados Kelvin. A temperaturas más altas, la amplitud de oscilación como los núcleos y los electrones fuertemente y, por tanto, estos últimos son capaces de ocupar más altos niveles de energía. la distribución de partículas negativas se vuelve más "suelto". En algunos problemas, es importante, sin embargo, para describir este fenómeno como tal temperatura no es tan importante.

principio de Pauli y el cargador

El concepto de la teoría de bandas de los sólidos sólo puede alcanzarse bueno recordar lo que el principio de Pauli. Si imaginamos que los electrones – una bolsa de azúcar, entonces, si estas bolsas mucho, cargador condicional van a imponer a la otra. Cada "bolsa" toma su lugar en el espacio. Para los electrones, esto significa que en un estado dado sólo uno puede estar en un solo sistema. Este es el principio de exclusión de Pauli. Tenga en cuenta que tenemos en mente las condiciones ideales, es decir, la temperatura de cero grados Kelvin, y el cristal infinito. Todo el sistema está en las mismas condiciones de temperatura, estrés mecánico, defectos son los mismos en todas las partes de un todo.

zona de cristales electrónicos

En el cristal, una pluralidad de un tipo de átomos. Un mol de sustancia comprende una serie de elementos de grado diez a veinte tercio. ¿Cuántos moles por kilogramo, por ejemplo, la sal? Así que incluso se puede decir que incluso el más pequeño de cristal contiene inimaginablemente muchos átomos. Cada elemento químico tiene su propio patrón de órbitas de los electrones, y qué hacer si se encuentran en un solo cuerpo unos pocos? Después de todo, de acuerdo con el principio de exclusión de Pauli, deben ocupar diferentes estados. Teoría de bandas de sólidos ofrece la siguiente manera – las órbitas de los electrones se convierten en diferentes energías. La diferencia entre ellos es tan pequeña que se presionan, apoyándose el uno al otro muy bien para formar una zona continua. Por lo tanto, cada nivel del electrón en el átomo se convierte en una zona en el cristal en masa. Elementos de la teoría de bandas de los sólidos pueden ayudar a explicar la diferencia entre aislantes y conductores.

Electrónica dentro de la zona

Ya hemos hablado de lo que está sucediendo con una gran cantidad de electrones, que en un átomo compartan la misma órbita, la formación del cristal. Pero su comportamiento dentro de la zona hasta que dejó sin luz. Comparte este ya importante porque determina la diferencia entre metales y no metales. Como ya se ha mencionado anteriormente, la teoría de la banda de sólidos muestra que los niveles de energía dentro de la banda de átomos individuales diferentes órbitas difieren tan poco que casi forman un espectro continuo. Por lo tanto, para superar la barrera de potencial entre el electrón no es difícil – los mueve libremente, para esto es suficiente incluso de calor. Sin embargo, cada uno de la banda permitida tiene sus límites. Siempre hay un nivel de energía que es más alta o más baja que las otras.

Valencia prohibida, conductividad

Entre estas zonas tienen un área de energía, donde no hay un nivel en el que un electrón podría ser. En los gráficos, aparece como un espacio blanco. Y se llama la banda prohibida. Para superar esta barrera de electrones sólo pueden tirón. Por lo tanto, debe recibir apropiado para esta energía. La zona con la mayor energía, que para este tipo de átomos permitido existencia de electrones se llama la banda de valencia, y después de que – la conductividad.

dieléctrica del metal

Conducción teoría de bandas de sólidos sostiene que la presencia o ausencia de los electrones en la banda de conducción indica la facilidad con que fluye en esta sustancia actual. Por lo tanto diferentes metales y dieléctricos. En el primer caso, la banda de conducción ya contiene electrones, ya que se superpone con valencia. A las partículas de medios negativo son libres de moverse bajo la acción del campo electromagnético, sin ningún aporte de energía adicional. Por lo tanto, la corriente eléctrica en los metales parece tan fácil, de hecho – al instante, tan pronto como el campo. Y por la misma razón, el alambre es de acero, cobre, aluminio.

Materiales para el que las bandas de valencia y de conducción separados por un dieléctricos-llamada energía. Estos electrones son atrapados en el nivel más bajo permitido. brecha de banda separa las partículas negativas desde el nivel en el que podían moverse libremente. Y la energía que se debe informar a los electrones que de superarlo, destruir el material. O cambiar sus propiedades más allá del reconocimiento. Por lo tanto, los cables de envoltura de plástico se funde y se quema, pero no conduce la electricidad.

semiconductores

Pero hay una clase intermedia de materiales que tienen una banda prohibida, pero bajo ciertas condiciones capaces de conducir la corriente eléctrica. Se llaman – los semiconductores. Al igual que el dieléctrico, tienen una diferencia de energía entre la conducción y de valencia. Sin embargo, es menos y superar con un poco de esfuerzo. semiconductor clásica es de silicio (en latín – Silicium). El famoso Silicon Valley es famoso por las tecnologías basadas en el uso de cristales de esta sustancia es crear dispositivos electrónicos.