תאורית הלהקה של מוצקים. מכניקה קוונטית for Dummies

מאמר זה מסביר את מה שהתיאוריה הלהקה של מוצקים. לעין, מה היא הסיבה היא ייצוג של מבנה החומר. תוצאות של מתכות שונות דיאלקטריים ומוליכים למחצה.

רוזט לחצן

כמה פעמים ביום אנו לוחצים על הכפתורים השונים? אף אחד אפילו לא חשב לבוא לא יכול לספור אותו - הפכה להיות כל כך מוכר כי פעולה. והאדם אינו חושב שכל זה הוא רק הודות כמה קל נושא זרם חשמלי במתכת. כבה את האור, להרתיח קומקום, להפעיל את מכונת הכביסה, שלא לדבר על פעולות בטלפונים חכמים, פירושו להשלים את המעגל ולאפשר האלקטרונים המנצחים לעבוד במקום אנשים. הסבר על תופעות כגון סט המוליכות. הברור ביותר, אולי, היא תאורית הלהקה של מוצקים.

Atom וקומקומים

כל מי שהיה בתיכון, יש רעיון של מבנה האטום. תזכיר סביב גרעין אטום טעון חיובי (מורכב פרוטונים וניטרונים) לסובב ריאות אלקטרונים קטנים. מספר החלקיקים השליליים בדיוק שווה למספר חיובי. כדי לא לשעמם את הקוראים, להסביר בסגנון של "מכניקה קוונטית for Dummies". כל מסלול אלקטרון מוגבל לחלוטין, שעבורו זה יכול לסובב סביב ליבת יסוד כימי נתון. בתורו, כל מין ומין יש דפוס ייחודי אטומי במסלולים כאלה. זה היה כל כך spectroscopists המדענים להבחין בורון מן סלניום ארסן נתרן. עם זאת, בנוסף לחומרים טהורים בטבע, ישנם מספר אינסופי של שילובים שונים. מכניקת הקוונטים (For Dummies, הקורא צריך לזכור) טוען כי תרכובות מורכבות במסלולים מצטלבים, למזג, לשנות, נמתח, יצירת קשר. האיכות שלהם תלויה בסוג: קוולנטיים ו יוני חזק, מימן, למשל, הוא חלש.

המבנה הגבישי

הגוף המוצק יותר קשה. עבור המודל, אשר משתמש תאורית הלהקה של מוצקים, בדרך כלל לקחת גביש מושלם. משמעות הדבר הוא אינסופי וללא חטא - כל אטום על מקום משלה, המטען הכולל הוא אפס. Kernel תנודתיות סביב מיקום מסוים של שיווי משקל, אבל האלקטרונים יכולים לומר הכוללת. בהתאם לאופן "קל" אטום אחד תורם חלקיקים שליליים הסמוכים לה, זה מתקבל מבנה אלקטרוני, מוגדר מראש נוקשה של ענן דיאלקטריים או מתכות. עלי להוסיף כי כאשר בוחנים ההנחה היא שכל האלקטרונים לכבוש את הסכום המינימלי של אנרגיה אליהם, כלומר הגוף הוא אפס קלווין. בטמפרטורות גבוהות יותר, המשרעת של תנודה כמו הגרעינים והאלקטרונים חזקים, ומכאן, שהאחרון מסוגל לכבוש גבוהות רמות אנרגיה. הפצת חלקיקים שליליים הופכת יותר "משוחררת". בשינה כמה בעיות, חשוב, עם זאת, כדי לתאר את התופעה כמו טמפרטורה כזו היא לא כל כך חשובה.

פאולי עיקרון ולטען

הרעיון של תאורית הלהקה של מוצקים ניתן להשיג רק טוב לזכור מה עיקרון הפאולים. אם אנו מדמיינים כי האלקטרונים - שקית של סוכר, ואז, אם התיקים האלה הרבה, מטעין מותנה עליו יטילו על אחד את השני. כל "תיק" תופס את מקומו במרחב. עבור אלקטרונים, משמעות הדבר היא כי במצב נתון רק אחד יכול להיות במערכת אחת. זהו עקרון האיסור של פאולי. שים לב שיש לנו לזכור את התנאים האידיאליים, כלומר הטמפרטורה של אפס מעלות קלווין, ואת הקריסטל האינסופי. המערכת כולה היא באותם תנאים של טמפרטורה, לחץ מכני, פגמים זהים בכל חלקי כולה.

אזור גבישים אלקטרוניים

בגביש, ריבוי של סוג אחד של אטומים. חפרפרת של מהות אחת כוללת אלמנטים תואר עשרה עד עשרים ותשע. כמה שומות לקילו, למשל, מלח? אז אתה אפילו יכול לומר שאפילו הקריסטל הקטן מכיל אטומים רבים מעבר לכל דמיון. לכל יסוד כימי דפוס משלו של מסלולי אלקטרונים, ומה לעשות אם הם גוף אחד כמה? אחרי הכל, על פי עקרון האיסור של פאולי, הם חייבים לכבוש מדינות שונות. התיאוריה של מוצקים Band מציעה באופן הבא - מסלולי אלקטרונים הופכים אנרגיות שונות. ההבדל ביניהם הוא כל כך קטן כי הם נלחצים, נשען על אחד את השני מאוד בחוזקה כדי ליצור אזור רציף. לפיכך, כל רמה של האלקטרון באטום מומר לאזור בגביש בתפזורת. אלמנטים של תורת הלהקה של מוצקים יכולים לעזור להסביר את ההבדל בין מבודדים ומוליכים.

אלקטרוני בתוך האזור

אנחנו כבר דנו מה שקורה עם הרבה אלקטרונים, אשר באטום לכבוש באותו מסלול, היווצרות של הגביש. אבל ההתנהגות שלהם בתוך האזור עד שאנחנו נשארים חשוכות. שתף את זה כבר חשוב משום שהיא קובעת את ההבדל בין מתכות-מתכות. כפי שכבר הוזכר לעיל, תאורית הלהקה של מוצקים מראה כי רמות האנרגיה בתוך הלהקה של אטומים בודדים במסלולים שונים נבדלות כל כך מעט שכמעט יוצר ספקטרום רציף. לכן, כדי להתגבר על המכשול הפוטנציאלי בין האלקטרון לא קשה - זה מעביר אותם בחופשיות, בשביל זה הוא מספיק אפילו חום. עם זאת, כל אחד בלהקה המותרת יש גבולות. תמיד יש רמת אנרגיה כי הוא גבוה או נמוך יותר מהאחרות.

ערכיות אסורות, מוליכות

יש בין האזורים אלה על שטח של אנרגיה, כאשר אין רמה שבה אלקטרון יכול להיות. התרשים, נראה כמו פער לבן. ואקרא את פער הלהקה. כדי להתגבר על המחסום הזה האלקטרונים יכול רק אידיוט. אז, הוא חייב לקבל מתאים האנרגיה הזו. האזור עם האנרגיה הגדולה ביותר, אשר עבור סוג זה של אטומים מותר קיומם של אלקטרונים נקרא פס הערכיות, ובעקבות זאת - מוליכות.

דיאלקטרי מתכת

תאורית רצועת הולכה של מוצקים טוענת כי קיומו או אי קיומו של אלקטרונים בפס ההולכה מציין כיצד זורם בקלות החומר נוכחי. לפיכך מתכות ומבודדים שונים. במקרה הראשון, את רצועת ההולכה כבר מכילה אלקטרונים, מאז חופף ערכיות. חלקיקים שלילי אמצעים חופשיים לנוע תחת הפעולה של השדה האלקטרומגנטי, ללא כל השקעת אנרגיה נוספת. לכן, הזרם החשמלי במתכות מופיע כל כך קל, למעשה - באופן מיידי, ברגע השדה. ומאותה הסיבה, החוט עשוי פלדה, נחושת, אלומיניום.

חומרים שעבורם הלהקות הערכיות ואת ההולכה מופרדות על ידי דיאלקטריים שנקרא אנרגיה. אלקטרונים אלה לכודים בקומה התחתונה המותרת. הפער Band המפריד בין חלקיקים שליליים מהרמה שבה הם יכולים לנוע בחופשיות. לבין האנרגיה חייב בדיווח האלקטרונים כדי להתגבר על זה, להרוס את החומר. או לשנות את המאפיינים שלו לבלי הכר. לכן, חוטי ניילון נמס וכוויות, אך אינו מוליך חשמל.

מוליכים למחצה

אבל יש מחלקה ביניים של חומרים שיש להם bandgap, אבל בתנאים מסוימים מסוגל לנהל זרם חשמלי. הם נקראים - מוליכים למחצה. כמו דיאלקטרי, יש להם פער אנרגיה בין ההולכה הערכית. עם זאת, הוא פחות ולהתגבר עם קצת מאמץ. מוליכים למחצה קלאסית היא סיליקון (בלטינית - סיליקון). מפורסם עמק הסיליקון מפורסם טכנולוגיים המבוסס על שימוש גבישים של חומר זה הוא ליצור מכשירים אלקטרוניים.