Теорија на бендот на цврсти материи. Квантна Механика за Dummies

Оваа статија објаснува што теоријата група на материи. Што е прикажано, што е причина што тој е претстава на структурата на материјата. Резултати од метали различен од диелектрици и полупроводници.

Розета и Батон

Колку пати на ден ќе кликнете на различни копчиња? Никој не мислеше да дојде не може да се смета - стана толку познато дека акција. И човек не мисли дека сето ова е можно само благодарение на тоа колку е лесно е извршување на електрична струја во метали. Вклучување на светлината, се вари котел, работи на машината за перење, а не да се спомене и активности на паметни телефони, значи завршување на коло и им овозможи на електрони во проводници на работа, наместо на луѓе. Објаснување на таквите појави како збир на спроводливост. Најочигледен, можеби, е теоријата група на материи.

Атом и котлиња

Секој кој бил во средно училиште, има идеја за структурата на атомот. Потсетиме околу позитивно наелектризирани тешки јадро (се состои од протони и неутрони) ротира белите дробови малку електрони. Број на негативни честички точно е еднаков на бројот на позитивни. Со цел да не понесе читателите, објаснуваат во стилот на "Квантна Механика за Dummies". Секој електрон орбита е строго ограничена, за што може да ротира околу јадрото во даден хемиски елемент. За возврат, секој вид има единствена шема атоми како орбити. Тоа беше толку spectroscopists научници разлика бор од селен и арсен од натриум. Меѓутоа, во прилог на чисти супстанции во природата, постојат бесконечен број на различни комбинации. Квантната механика (For Dummies, читателот треба да се сеќавам) тврди дека во комплексни соединенија орбити се сечат, се спојат, се трансформира, се протегала, создавајќи конекција. Нивниот квалитет зависи од типот: ковалентна и јонски посилни, водород, на пример, е послаба.

кристална структура

На цврсто тело е потешко. За модел, кој се користи теоријата бенд на цврсти материи, обично се совршен кристал. Ова значи дека тоа е бескраен и без грев - секој атом на своето место, вкупниот задолжен е нула. Јадрото се врти околу одредена позиција на рамнотежа, но електрони може да се каже во целина. Во зависност од тоа како "лесно" еден атом донира нејзините соседни негативни честички, тоа е добиен строго предодредено електронската структура на диелектрици или метали облак. Јас треба да се додаде дека кога се размислува се претпоставува дека сите електрони окупираат минимална количина на енергија за нив, што значи дека телото е на нула Келвин. На повисоки температури, на амплитудата на осцилација како јадра и електрони силно и, оттука, вторите се во можност да го окупираат повисоко ниво на енергија. Негативни честички дистрибуција станува "лабава". Во некои проблеми, важно е, сепак, да се опише овој феномен како што температурата не е толку важно.

принципот Паули и подигнувачот

Концептот на теоријата на бендот на цврсти материи може да се оствари само добро да се сетам што принципот на Паули. Ако ние замислуваме дека електроните - торба на шеќер, а потоа, ако овие кеси многу, условно натоварувач ќе се наметне на едни со други. Секоја "торба" го заземе своето место во просторот. За електрони, тоа значи дека во дадена држава само еден може да биде во еден систем. Ова е принципот на исклучување Паули. Имајте на ум дека имаме предвид идеални услови, односно на температура од нула Келвин, и бесконечното кристал. Целиот систем е во исти услови на температура, механички стрес, дефекти се исти во сите делови од една целина.

Електронски кристали зона

Во кристално, мноштво на еден тип од атоми. Еден мол супстанца се состои од десет до дваесет и третиот степен елементи. Колку молови по килограм, на пример, сол? Па дури и може да се каже дека дури и најмалата кристално содржи незамисливо многу атоми. Секој хемиски елемент има свој модел на електрони орбити, и што да направам ако тие се во едно тело неколку? Впрочем, во согласност со принципот на исклучување Паули, тие мора да заземаат различни држави. Бенд теоријата на цврсти материи нуди следниов начин - на електрони орбитите стане различни енергии. Разликата меѓу нив е толку мала што тие се притиснати, потпирајќи се на едни со други многу цврсто да се формира еден континуиран зона. Така, секое ниво на електрони во атомот е претворена во зона во најголемиот дел кристал. Елементи на бендот теоријата на цврсти материи може да помогне да се објасни разликата помеѓу изолатори и диригенти.

Електронски рамките на зоната

Ние веќе разговараа за она што се случува со голем број на електрони, кои во атомот заземаат истата орбита, формирањето на кристали. Но, нивното однесување во внатрешноста на зоната до тргнавме изгасната. Сподели ја оваа веќе важно, бидејќи тоа одредува разликата помеѓу метали и неметали. Како што веќе наведовме, теоријата бенд на цврсти материи покажува дека нивото на енергијата во бендот на поединечни атоми различни орбити се разликуваат толку малку што речиси се формира еден континуиран спектар. Така, за да се надмине потенцијалната бариера помеѓу електрони не е тешко - тоа им се движи слободно, зашто тоа е доволно дури и топлина. Сепак, секоја од дозволениот опсег има свои граници. Секогаш постои ниво на енергија која е повисока или пониска од другите.

Valence забрането, спроводливост

Помеѓу овие зони се со површина од енергија, каде што не постои на ниво на кое електронот може да биде. Во графикони, се чини како бел јаз. И таа се нарекува празнина бенд. За да се надмине оваа бариера електрони може само непредвидлива. Значи, тој мора да се добие соодветна за оваа енергија. Зоната со најголема енергија, што за овој вид на атоми дозволено постоење на електрони се нарекува валентни бенд, и по тоа - спроводливост.

диелектрик метал

Спроведување бенд теорија на цврсти материи тврди дека присуството или отсуството на електроните во спроводливост бенд покажува колку лесно се влева во оваа сегашната супстанција. Така различни метали и диелектрици. Во првиот случај, спроведување бенд веќе содржи електрони, бидејќи се поклопува со валентни. А значи негативни честички се слободни да се движат под дејство на електромагнетното поле, без никакви дополнителни енергетски внес. Затоа, електрична струја во метали изгледа толку лесно, всушност - веднаш, штом област. И од истата причина, на жица е направен од челик, бакар, алуминиум.

Материјали за кои валентни и спроводливост бендови одделени со енергија наречена диелектрици. Овие електрони се заробени во пониско ниво дозволено. Бенд јаз ја одвојува негативни честички од нивото во кои тие може да се движи слободно. И енергијата која ќе мора да бидат пријавени на електроните да ги надминеме, уништи материјал. Или за промена на својствата непрепознатливи. Затоа, пластична фолија жици се топи и изгореници, но не се спроведе електрична енергија.

полупроводници

Но, постои средна класа на материјали кои имаат bandgap, но под одредени услови способен за вршење на електрична струја. Тие се нарекуваат - полупроводници. Како диелектрик, тие имаат енергија јазот помеѓу валентни и спроводливост. Сепак, тоа е помалку и да се надмине со малку труд. Класична полупроводници е силициум (во Латинска - Силициум). Познатиот Силиконската долина е познат по технологии врз основа на употреба на кристали на оваа супстанца е да се создаде електронски уреди.