Pita téori padet. Mékanika kuantum pikeun Dummies

Artikel ieu ngécéskeun naon téori band ti padet. Ditémbongkeun, naon eta teh alesan eta mangrupakeun ngagambarkeun struktur matéri. Hasil logam béda ti dielectrics na semikonduktor.

Rosette na Button

Sabaraha kali sapoé urang klik dina rupa tombol? Taya hiji malah disangka datangna moal bisa cacah deui - geus jadi jadi akrab Peta éta. Jeung lalaki teu mikir yén sakabéh ieu ngan mungkin berkat kumaha gampang eta mawa arus listrik dina logam. Hurungkeun lampu, kulub ketel, ngajalankeun mesin cuci, teu nyebut tindakan on smartphone, berarti ngalengkepan sirkuit sarta ngidinan éléktron dina konduktor digawekeun gaganti jalma. Penjelasan ngeunaan fenomena kayaning konduktivitas set. Paling atra, sugan, aya téori band ti padet.

Atom na kettles

Dulur anu di SMA, boga pamanggih struktur atom. Ngelingan sabudeureun inti beurat boga muatan positif (diwangun ku proton jeung neutron) muterkeun bayah éléktron saeutik. Jumlah partikel négatip persis sarua lobana positif. Dina raraga teu pamiarsa bore, ngajelaskeun dina gaya "mékanika kuantum pikeun Dummies". Unggal orbit éléktron mastikeun dugi, nu eta tiasa muterkeun sabudeureun inti dina unsur kimia tinangtu. Kahareupna unggal spésiés ngabogaan pola unik atom orbit misalna. Ieu jadi spectroscopists élmuwan ngabedakeun boron ti selenium na arsén ti natrium. Sanajan kitu, sajaba zat murni di alam, aya hiji angka tanpa wates of kombinasi béda. mékanika kuantum (Pikeun Dummies, anu maca kudu inget) boga pamadegan yén di sanyawa kompleks orbit motong, ngagabung, transformasi, stretched, nyieun sambungan anu. kualitas maranéhna gumantung kana jenis nu: kovalén na ionik kuat, hidrogén, contona, anu lemah.

struktur kristal

Awak solid leuwih hese. Pikeun model, nu ngagunakeun tiori band ti padet, biasana nyandak hiji kristal sampurna. Ieu ngandung harti yén éta sajajalan jeung tanpa dosa - unggal atom dina tempat sorangan, muatan total nyaéta enol. Kernel turun naek sabudeureun hiji posisi nu tangtu kasatimbangan, tapi éléktron bisa disebutkeun sakabéh. Gumantung kana kumaha "gampang" hiji atom nyumbangkeun partikel négatip meungkeut na, mangka diala struktur éléktronik rigidly predetermined of dielectrics atanapi logam awan. Kuring kedah nambahkeun yén nalika tempo eta dianggap yén sakabéh éléktron nempatan jumlah minimum énergi kana éta hal, nu hartina awak di enol Kelvin. Dina suhu luhur, amplitudo osilasi salaku inti jeung éléktron niatna sarta, ku kituna, kiwari dimungkinkeun aya bisa nalukkeun luhur tingkat énergi. Sebaran partikel négatip janten langkung "leupas". Dina sababaraha masalah, hal anu penting, kumaha oge, mun nerangkeun fenomena ieu hawa sapertos teu kitu penting.

Prinsip Pauli sarta bastian nu

Konsep téori band ti padet bisa attained ngan alus pikeun nginget naon prinsip Pauli. Mun urang ngabayangkeun yén éléktron - a kantong gula, lajeng, upami tas ieu pisan, bastian kondisional bakal aranjeunna maksa dina unggal lianna. Tiap "kantong" lumangsung taun spasi. Pikeun éléktron, ieu ngandung harti yén dina kaayaan anu dibikeun ngan hiji tiasa dina hiji sistem. Ieu prinsip pangaluaran Pauli. Perlu dicatet yén urang kudu di pikiran kaayaan ideal, misalna suhu enol Kelvin, sarta kristal wates. Sakabeh sistem aya dina kaayaan nu sarua tina hawa, stress mékanis, defects anu sami di sadaya penjuru sakabéhna.

zone kristal éléktronik

Dina kristal, hiji pluralitas salah sahiji jenis atom. Hiji mol zat ngandung hiji elemen gelar sapuluh ka dua puluh-katilu. Sabaraha mol per kilogramna, contona, uyah? Jadi maneh malah bisa disebutkeun yen sanajan susunan hablur pangleutikna ngandung unimaginably loba atom. Unggal unsur kimia boga pola sorangan miboga orbit éléktron, jeung naon nu kudu lamun maranehna dina hiji awak sababaraha? Barina ogé, nurutkeun prinsip pangaluaran Pauli, aranjeunna kedah ngeusian nagara béda. Téori band ti padet nawarkeun cara handap - nu orbit éléktron jadi énergi béda. Beda antara aranjeunna geus jadi leutik nu sipatna dipencet, condong kana silih pisan pageuh pikeun ngabentuk zone kontinyu. Ku kituna, unggal tingkat tina éléktron dina atom dirobah kana zone dina kristal bulk. Elemen teori band ti padet bisa mantuan ngajelaskeun beda antara insulators tur konduktor.

Éléktronik dina zone nu

Urang geus dibahas naon anu lumangsung kalawan loba éléktron, nu dina atom ngeusian orbit sarua, formasi kristal nu. Tapi kabiasaan maranéhna jero zone nepi kami ditinggalkeun unlit. Bagikeun ieu geus penting sabab nangtukeun bédana antara logam jeung nonlogam. Sakumaha anu geus disebutkeun di luhur, téori band ti padet nunjukeun yen tingkatan énergi jero band ti salasahiji atomna orbit béda béda sahingga sakedik nu ampir ngabentuk spéktrum kontinyu. Ku kituna, pikeun nungkulan potensi panghalang antara éléktron teu hese - eta ngalir aranjeunna kalawan bébas, pikeun ieu cukup sanajan panas. Sanajan kitu, tiap nu band diwenangkeun boga wates na. Aya salawasna hiji tingkat énergi anu leuwih luhur atawa leuwih handap tina nu séjénna.

Valénsi dilarang, konduktivitas

Antara zona ieu mibanda hiji aréa tanaga, mana taya tingkat di mana hiji éléktron bisa jadi. Dina grafik, éta muncul salaku gap bodas. Manehna disebut gap band. Pikeun nungkulan panghalang ieu éléktron ukur bisa jerk. Ku kituna, anjeunna kedah nampi luyu pikeun énergi ieu. Zona kalawan énergi greatest, nu keur tipe ieu atom diijinkeun ayana éléktron disebut band valénsi, sarta di handap eta - konduktivitas.

metal diéléktrik

Konduksi band téori padet mertahankeun ayana atanapi henteuna éléktron dina band konduksi nunjukkeun kumaha gampang ngalir di zat ayeuna ieu. logam sahingga béda jeung dielectrics. Dina urut hal, anu band konduksi geus ngandung éléktron, saprak tumpang tindih sareng valénsi. A partikel hartosna négatip bébas mindahkeun handapeun Peta tina médan éléktromagnétik, tanpa wae input énergi tambahan. Ku alatan éta, arus listrik dina logam muncul jadi gampang, kanyataanna - instan, pas lapangan. Sarta pikeun alesan sarua, kawat dijieunna tina waja, tambaga, aluminium.

Bahan keur nu valénsi jeung konduksi pita dipisahkeun ku hiji dielectrics-disebutna énergi. éléktron ieu trapped di tingkat handap diijinkeun. gap band misahkeun partikel négatip tina tingkat nu maranéhna bisa mindahkeun sabudeureun kalawan bébas. Jeung énergi anu kudu dilaporkeun ka éléktron nungkulan éta, ngancurkeun materi. Atawa ngarobah sipat na saluareun pangakuan. Ku alatan éta, kawat bungkus plastik melts sarta kaduruk, tapi teu ngalirkeun listrik.

semikonduktor

Tapi aya hiji kelas panengah materi anu miboga bandgap a, tapi dina kaayaan nu tangtu sanggup ngalakonan arus listrik. Sabab nu disebut - semikonduktor. Kawas diéléktrik, maranéhanana boga hiji celah énergi antara konduksi na valénsi. Sanajan kitu, éta kirang na nungkulan kalawan sababaraha usaha. semikonduktor klasik téh silikon (dina aksara Latin - Silicium). Kawentar Silicon Valley kasohor téknologi dumasar kana pamakéan kristal zat ieu pikeun nyieun alat éléktronik.