A teoria banda de sólidos. Mecânica Quântica para Dummies

Este artigo explica o que a teoria banda de sólidos. Mostrado, o que é a razão, é uma representação da estrutura da matéria. Resultados de diferentes metais de dielétricos e semicondutores.

Rosette e Button

Quantas vezes por dia, vamos clicar nos vários botões? Ninguém sequer pensado para vir não pode contá-lo – tornou-se tão familiar que ação. E o homem não pensar que tudo isso só é possível graças ao quão fácil é carregar uma corrente elétrica em metais. Ligar a luz, ferver chaleira, executar a máquina de lavar roupa, para não mencionar as ações em smartphones, significa completar o circuito e permitir que os elétrons nos condutores para trabalhar em vez de pessoas. Explicação de fenômenos como o conjunto de condutividade. O mais óbvio, talvez, é a teoria banda de sólidos.

Atom e chaleiras

Todo mundo que estava na escola, tem uma idéia da estrutura do átomo. Recordar em torno de um núcleo pesado carregado positivamente (consiste em protões e neutrões) rodar pulmões pouco electrões. Número de partículas negativas iguala o número de positivo. A fim de não leitores furo, explicam no estilo de "Mecânica Quântica para Dummies". Cada órbita, é estritamente limitado, para que este possa rodar em torno do núcleo de um determinado elemento químico. Por sua vez, cada espécie tem um padrão único átomos tais órbitas. Foi assim espectroscopistas cientistas distinguir boro de selénio e arsénio de sódio. No entanto, para além das substâncias puras na natureza, há um número infinito de combinações diferentes. A mecânica quântica (para modelos, o leitor deve lembrar) argumenta que em compostos complexos órbitas se cruzam, fundir, transformar, esticado, a criação de uma ligação. A sua qualidade depende do tipo: covalente e iónico forte, de hidrogénio, por exemplo, é mais fraca.

estrutura de cristal

O corpo sólido é mais difícil. Para o modelo, que usa a teoria de banda de sólidos, geralmente levam um cristal perfeito. Isso significa que ele é infinito e sem pecado – cada átomo em seu próprio lugar, a carga total é zero. Kernel flutuar em torno de uma determinada posição de equilíbrio, mas os elétrons podem dizer geral. Dependendo de como "fácil" um átomo de doa suas partículas negativas adjacentes, é obtida estrutura electrónica rigidamente predeterminada de dieléctricos ou metais nuvem. Devo acrescentar que, ao considerar presume-se que todos os elétrons ocupam a quantidade mínima de energia para eles, o que significa que o corpo está em zero Kelvin. A temperaturas mais elevadas, a amplitude de oscilação como os núcleos e os electrões forte e, por isso, este último é capaz de ocupar mais elevados níveis de energia. distribuição de partículas negativas torna-se mais "frouxo". Em alguns problemas, é importante, no entanto, para descrever este fenômeno como tal temperatura não é tão importante.

princípio de Pauli e o carregador

O conceito da teoria banda de sólidos pode ser alcançada apenas bom lembrar que o princípio Pauli. Se imaginarmos que os elétrons – um saco de açúcar, em seguida, se estes sacos muito, carregador condicional eles impõem sobre o outro. Cada "bag" toma o seu lugar no espaço. Para elétrons, isto significa que em um determinado estado apenas uma pode estar em um sistema. Este é o princípio de exclusão de Pauli. Note que temos em mente as condições ideais, ou seja, a temperatura de zero Kelvin, eo cristal infinito. Todo o sistema é, nas mesmas condições de temperatura, esforços mecânicos, defeitos são os mesmos em todas as partes do conjunto.

zona cristais electrónicos

No cristal, uma pluralidade de um tipo de átomos. Uma mole de substância compreende um elementos de dez a vinte de terceiro grau. Quantos moles por quilograma, por exemplo, o sal? Assim, você pode até dizer que mesmo a menor cristal contém inimaginavelmente muitos átomos. Cada elemento químico tem seu próprio padrão de órbitas de elétrons, eo que fazer se eles estão em um corpo um pouco? Afinal de contas, de acordo com o princípio de exclusão de Pauli, eles devem ocupar diferentes estados. teoria banda de sólidos oferece a seguinte maneira – as órbitas de elétrons tornam-se diferentes energias. A diferença entre eles é pequena de modo que eles são pressionados, inclina-se em um ao outro muito fortemente, para formar uma zona contínua. Assim, cada nível do electrão no átomo é convertido para uma zona no cristal grandes quantidades. Elementos de teoria banda de sólidos pode ajudar a explicar a diferença entre isolantes e condutores.

Eletrônica dentro da zona

Nós já discutimos o que está acontecendo com um monte de elétrons, que em um átomo ocupam a mesma órbita, a formação do cristal. Mas seu comportamento dentro da zona até à esquerda apagada. Partilhar este já importante, pois determina a diferença entre metais e não-metais. Como já foi mencionado acima, a teoria de banda de sólidos mostra que os níveis de energia dentro da banda de átomos individuais diferentes órbitas diferem tão pouco que quase formar um espectro contínuo. Assim, para superar a barreira de potencial entre o elétron não é difícil – ele se move livremente, pois isso é o suficiente até mesmo calor. No entanto, cada um da banda permitida tem seus limites. Há sempre um nível de energia que é maior ou menor do que os outros.

Valence proibida, condutividade

Entre estas zonas têm uma área de energia, onde não há nenhum nível em que um elétron poderia ser. Nos gráficos, que aparece como uma lacuna branco. E ela chamou o gap. Para superar esse elétron barreira só pode idiota. Assim, ele deve receber apropriado para essa energia. A zona com a maior energia, que para este tipo de átomos de existência de electrões permitida é chamado a banda de valência, e seguindo– condutividade.

dielétrico de metal

teoria banda de condução de sólidos sustenta que a presença ou ausência de elétrons na banda de condução indica a facilidade com que flui nesta substância atual. Assim, diferentes metais e dieltricos. No primeiro caso, a banda de condução já contém elétrons, uma vez que coincide com valência. Um meio negativo partículas são livres para se moverem sob a acção do campo electromagnético, sem qualquer entrada de energia adicional. Portanto, a corrente elétrica em metais parece tão fácil, na verdade – instantaneamente, assim que o campo. E, pela mesma razão, o fio é feito de aço, cobre, alumínio.

Materiais para as quais as bandas de condução e de valência separados por um chamado dieltricos de energia. Estes elétrons estão presos no nível mais baixo permitido. lacuna da banda separa as partículas negativas do nível em que se pode mover livremente. E a energia que devem ser comunicadas aos elétrons para superá-lo, destruir o material. Ou alterar suas propriedades além do reconhecimento. Portanto, fios película de plástico derrete e queimaduras, mas não conduz eletricidade.

semicondutores

Mas há uma classe intermediária de materiais que têm um bandgap, mas sob certas condições capaz de conduzir corrente elétrica. Eles são chamados – semicondutores. Como o dielétrico, eles têm uma diferença de energia entre a condução e de valência. No entanto, é menos e superar com algum esforço. semicondutores clássico é o silício (em latim – Silicium). O famoso Vale do Silício é famosa por tecnologias baseadas no uso de cristais desta substância é criar dispositivos eletrônicos.