Bend teorija materije. Quantum Mechanics for Dummies

Ovaj članak objašnjava ono što je teorija bend čvrstih čestica. Prikazano, koji je razlog da je reprezentacija strukture materije. Rezultati metala različitih od dielektrika i poluvodiča.

Rozeta i Button

Koliko puta dnevno ćemo kliknite na raznim dugmad? Niko ni pomislio da se ne može računati da - je postala toliko poznata da akciju. I čovjek ne misli da je sve to samo moguće zahvaljujući kako je lako nosi struja u metalima. Uključite svjetlost, proključa vodu, pokrenite stroj za pranje rublja, a da ne govorimo o akcijama na pametnim telefonima, znači završiti krug i pustite da se elektroni u provodnika na posao umjesto ljudi. Objašnjenje fenomena kao što su set provodljivost. Najočigledniji, možda je teorija bend čvrstih čestica.

Atom i kazana

Svako ko je bio u srednjoj školi, ima ideju o strukturi atoma. Sjetite se oko pozitivno nabijene teške jezgra (sastoji od protona i neutrona) okrenite pluća malo elektrona. Broj negativnih čestica upravo jednak broj pozitivnih. Da se ne bi čitateljima otvor, objašnjavaju u stilu "kvantne mehanike for Dummies". Svaki elektron orbiti je strogo ograničen, za koje se može rotirati oko jezgre u datoj hemijski element. S druge strane, svaka vrsta ima jedinstveni obrazac atomi takve orbite. Bilo je tako spectroscopists naučnici razlikovati bora od selena i arsena iz natrijuma. Međutim, pored čiste supstance u prirodi, postoji beskonačan broj različitih kombinacija. Kvantne mehanike (Za neupućene, čitalac treba zapamtiti) tvrdi da je u kompleks jedinjenja orbitama seku, spajanje, transformiraju, pružao, stvarajući vezu. Njihov kvalitet zavisi od tipa: kovalentnim i jonske jači, hidrogen, na primjer, je slabiji.

kristalne strukture

Čvrsta tijela je teže. Za model, koji koristi teoriju bend čvrstih tijela, obično uzeti savršen kristal. To znači da je beskrajan i bez greha - svaki atom na svoje mesto, ukupan iznos naknade je nula. Kernel fluktuirati oko određenog položaja ravnoteže, ali se elektroni mogu ukupne reći. Ovisno o tome kako "lako" jedan atom donira svoje susjednih negativne čestice, dobija se strogo nepromenjiva elektronske strukture dielektrika ili metala oblaka. Trebalo bi dodati da kada obzirom na to da se pretpostavlja da su svi elektroni zauzimaju minimalnu količinu energije da ih, što znači da je tijelo na nuli Kelvina. Na višim temperaturama, amplituda oscilacija kao jezgra i elektrona snažno i, stoga, potonji su u stanju da zauzme viši nivo energije. distribucija negativnih čestica postaje "labava". U nekim problemima, važno je, međutim, da opiše ovaj fenomen kao takva temperatura nije toliko važno.

Pauli princip i punjač

Koncept teorije benda čvrstih čestica može se postići samo dobro zapamtiti ono što je princip Pauli. Ako zamislimo da elektroni - vreću šećera, onda, ako ove torbe mnogo, uslovni utovarivač će nameću jedni na druge. Svaki "bag" svoje mjesto zauzima u prostoru. Za elektrone, to znači da u datoj državi samo jedan može biti u jednom sistemu. Ovo je princip Pauli isključenosti. Imajte na umu da imamo u vidu idealne uvjete, odnosno temperatura nula Kelvina i beskonačno kristala. Čitav sistem je u istim uvjetima temperature, mehaničkog stresa, nedostaci su isti u svim dijelovima cjeline.

Elektroničkih kristala zone

U kristal, mnoštvo jedne vrste atoma. Jedan mol tvari sastoji se od deset do dvadeset treći stepen elemenata. Koliko mladeža po kilogramu, na primjer, soli? Tako da se čak reći da je čak i najmanji kristal sadrži nezamislivo mnogo atoma. Svaki hemijski element ima svoj obrazac elektrona orbita, i šta da rade ako su u jednom telu nekoliko? Uostalom, po principu Pauli isključenje, moraju zauzimati različite države. teorija Band čvrstih čestica nudi sledeći način - elektrona orbite postati različite energije. Razlika između njih je toliko mali da se pritisnu, oslanjajući se jedni na druge vrlo čvrsto da se formira kontinuirani zoni. Prema tome, svaki nivo elektrona u atomu se pretvara u zonu u rinfuzi kristala. Elementi teorije benda čvrstih materijala može pomoći objasniti razliku između izolatora i dirigentima.

Elektronski unutar zone

Već smo razgovarali o tome šta se dešava sa mnogo elektrona, koji u atomu se nalaze u istoj orbiti, formiranje kristala. Ali njihovo ponašanje unutar zone dok smo napustili neosvetljeno. Dijele to već važna jer određuje razliku između metala i nemetala. Kao što je već gore navedeno, teorija bend čvrstih čestica pokazuje da je nivo energije unutar benda pojedinačnih atoma različitih orbitama razlikuju toliko malo da se gotovo čine kontinuirani spektar. Prema tome, za prevazilaženje potencijalne barijere između elektrona nije teško - to im slobodno kreće, za to je dovoljno čak i topline. Međutim, svaki od dozvoljenih bend ima svoje granice. Uvijek postoji nivo energije koja je viša ili niža od ostalih.

Valence zabranjeno, provodljivost

Između tih zona imaju oblasti energetike, gdje ne postoji nivo na kojem se elektron može biti. U grafikonima, pojavljuje se kao bijele jaz. I ona se zove jaz bend. Da bi se prevazišao ovu barijeru elektron može samo kreten. Dakle, on mora dobiti odgovarajuće za ovu energiju. Zona sa najvećim energije, koji za ovu vrstu atoma dozvoljeno postojanje elektrona se naziva valentne bend, a nakon to - provodljivost.

metal dielektrik

Sprovođenje teorija bend čvrstih čestica smatra da je prisustvo ili odsustvo elektrona u provođenje benda pokazuje kako se lako teče u ovom trenutnom supstancu. Tako različitih metala i dielektricima. U prvom slučaju, sprovođenje bend već sadrži elektrone, jer se poklapa sa valence. A sredstva negativne čestice slobodno kreće pod djelovanjem elektromagnetnog polja, bez ikakve dodatne ulazne energije. Stoga, struja u metalima čini tako lako, u stvari - odmah, čim polje. A iz istog razloga, je žica od čelika, bakra, aluminija.

Materijali za koje valence i provođenje bendova razdvojene dielektricima energije tzv. Ovi elektroni su zarobljeni u nižem nivou dozvoljeno. Band jaz razdvaja negativne čestice iz nivoa u kojem su mogli slobodno kretati. A energija koja se mora prijaviti na elektrone da ga prevaziđe, uništiti materijal. Ili promijeniti svojstva neprepoznatljivosti. Stoga, plastičnom folijom žice se topi i opekotina, ali se ne provode elektricitet.

poluvodiča

Ali postoji srednji klase materijala koji imaju bandgap, ali pod određenim uvjetima koji mogu obaviti električne struje. Oni se zovu - poluvodiča. Kao i dielektrična, imaju jaz energije između provođenja i valence. Međutim, to je sve manje i prevazići sa malo napora. Klasična poluvodiča je silikon (na latinskom - Silicium). Čuveni Silicon Valley je poznat po tehnologije zasnovane na upotrebi kristala ove supstance je da se stvori elektronskih uređaja.