La théorie de la bande de solides. La mécanique quantique pour les nuls

Cet article explique ce que la théorie de la bande de solides. Montré, ce qu'il est la raison pour laquelle il est une représentation de la structure de la matière. Les résultats des différents métaux de semi-conducteurs et diélectriques.

Rosette et Button

Combien de fois par jour, nous cliquera sur les différents boutons? Personne n'a même pensé à venir ne peut pas compter, il – est devenu si familier que l'action. Et l'homme ne pense pas que tout cela est possible grâce à la facilité avec laquelle il est porteur d'un courant électrique dans les métaux. Allumez la lumière, faire bouillir une bouilloire, faire fonctionner la machine à laver, sans parler des actions sur les smartphones, les moyens de compléter le circuit et permettre aux électrons dans les conducteurs à travailler au lieu de personnes. Explication de phénomènes tels que l'ensemble de conductivité. La plus évidente, peut-être, est la théorie de la bande de solides.

Atom et bouilloires

Tout le monde qui était au lycée, a une idée de la structure de l'atome. Rappelez-vous autour d'un noyau lourd chargé positivement (constitué de protons et neutrons) tournent poumons petits électrons. Nombre de particules négatives est exactement égal au nombre de réponses positives. Afin de ne pas ennuyer les lecteurs, expliquer dans le style de « mécanique quantique pour les nuls ». Chaque orbite d'électrons est strictement limitée, pour laquelle il peut tourner autour de l'âme dans un élément chimique donné. À son tour, chaque espèce a un motif unique des atomes tels orbites. Il a été spectroscopistes afin que les scientifiques distinguent le bore du sélénium et l'arsenic de sodium. Cependant, en plus des substances pures dans la nature, il y a un nombre infini de combinaisons différentes. La mécanique quantique (pour les nuls, le lecteur doit se rappeler) soutient que, dans les composés complexes orbites se croisent, se confondent, se transformer, étiré, créant une connexion. Leur qualité dépend du type: plus forte, covalente et ionique hydrogène, par exemple, est plus faible.

la structure cristalline

Le corps solide est plus difficile. Pour le modèle, qui utilise la théorie des bandes de solides, prennent généralement un cristal parfait. Cela signifie qu'il est sans fin et sans péché – chaque atome sur sa propre place, la charge totale est égale à zéro. Noyau autour d'une position fluctue notamment d'équilibre, mais les électrons peut dire en général. Selon la façon « facile » un atome don de ses particules négatives adjacentes, elle est obtenue de manière rigide la structure électronique prédéterminée du nuage diélectrique ou de métaux. Je dois ajouter que lorsque l'on considère qu'il est supposé que tous les électrons occupent la quantité minimum d'énergie pour eux, ce qui signifie que le corps est à zéro Kelvin. A des températures plus élevées, l'amplitude d'oscillation que les noyaux et les électrons fortement et, par conséquent, ces derniers sont en mesure d'occuper plus des niveaux d'énergie. distribution de particules négatives devient plus « lâche ». Dans certains problèmes, il est important, cependant, pour décrire ce phénomène en tant que telle température est pas si important.

Pauli principe et le chargeur

Le concept de la théorie de la bande de solides peut être atteint que bon de se rappeler ce que le principe de Pauli. Si l'on imagine que les électrons – un sac de sucre, puis, si ces sacs un lot, chargeur conditionnel vont-ils imposer à l'autre. Chaque « sac » prend sa place dans l'espace. Pour les électrons, cela signifie que seul peut être dans un système dans un état donné. Tel est le principe d'exclusion de Pauli. Notez que nous avons à l'esprit les conditions idéales, à savoir la température de zéro Kelvin, et le cristal infini. L'ensemble du système se trouve dans les mêmes conditions de température, de contrainte mécanique, les défauts sont les mêmes dans toutes les parties de l' ensemble.

zone de cristaux électroniques

Dans le cristal, une pluralité d'un type d'atomes. Une mole de substance comprend dix à vingt-troisième éléments de degré. Combien de moles par kilogramme, par exemple, le sel? Ainsi, vous pouvez même dire que même le plus petit cristal contient de nombreux atomes unimaginably. Chaque élément chimique a son propre modèle d'orbites des électrons, et ce qu'il faut faire si elles sont dans un corps un peu? Après tout, selon le principe d'exclusion de Pauli, ils doivent occuper états différents. théorie des bandes de solides offre la manière suivante – les orbites des électrons deviennent différentes énergies. La différence entre eux est si faible qu'ils sont pressés, appuyé sur l'autre très fortement pour former une zone continue. Ainsi, chaque niveau de l'électron dans l'atome est convertie en une zone dans le cristal en vrac. Les éléments de la théorie des bandes de solides peuvent aider à expliquer la différence entre les isolants et les conducteurs.

Électronique dans la zone

Nous avons déjà discuté de ce qui se passe avec beaucoup d'électrons, qui, dans un atome occupent la même orbite, la formation du cristal. Mais leur comportement à l'intérieur de la zone jusqu'à ce que nous a laissé sans éclairage. Partager déjà importante car elle détermine la différence entre les métaux et les non-métaux. Comme déjà mentionné ci-dessus, la théorie des bandes de matières solides montre que les niveaux d'énergie à l'intérieur de la bande d'atomes individuels des orbites différentes diffèrent si peu que forment presque un spectre continu. Ainsi, pour surmonter la barrière de potentiel entre l'électron est pas difficile – il les déplace librement, car cela suffit même la chaleur. Cependant, chacun de la bande a permis a ses limites. Il y a toujours un niveau d'énergie qui est supérieure ou inférieure à celle des autres.

Valence interdite, la conductivité

Entre ces zones ont une superficie d'énergie, où il n'y a pas de niveau à laquelle un électron pourrait être. Dans les graphiques, il apparaît comme un espace blanc. Et elle a appelé la bande interdite. Pour surmonter cet électron barrière ne peut jerk. Donc, il doit recevoir approprié pour cette énergie. La zone avec la plus grande énergie, pour ce type d'atomes a permis l'existence d'électrons est appelée la bande de valence, et le suivant – conductivité.

diélectrique en métal

la théorie de la bande de solides Conduction soutient que la présence ou l'absence d'électrons dans la bande de conduction indique comment circule facilement dans cette substance actuelle. Ainsi différents métaux et isolants. Dans le premier cas, la bande de conduction contient déjà des électrons, car les chevauchements avec valence. Un moyen de particules négatives sont libres de se déplacer sous l'action du champ électromagnétique, sans apport d'énergie supplémentaire. Par conséquent, le courant électrique dans les métaux semble si facile, en fait – instantanément, dès que le terrain. Et pour la même raison, le fil est en acier, le cuivre, l'aluminium.

Matériaux dont les bandes de valence et de conduction séparés par un diélectrique dite énergie. Ces électrons sont piégés dans le niveau inférieur autorisé. intervalle de bande sépare les particules négatives du niveau dans lequel ils peuvent se déplacer librement. Et l'énergie qui doit être rapporté aux électrons pour surmonter, détruire le matériel. Ou modifier ses propriétés au-delà de la reconnaissance. Par conséquent, les fils d'enveloppe en plastique fond et brûle, mais ne conduit pas l'électricité.

semi-conducteurs

Mais il y a une classe intermédiaire de matériaux qui ont une bande interdite, mais sous certaines conditions capables de conduire le courant électrique. Ils sont appelés – les semi-conducteurs. Comme le diélectrique, ils ont un intervalle d'énergie entre la conduction et de valence. Cependant, il est moins et à surmonter avec un peu d'effort. semi-conducteur est du silicium classique (en latin – Silicium). Le célèbre Silicon Valley est célèbre pour les technologies basées sur l'utilisation de cristaux de cette substance est de créer des dispositifs électroniques.