固体のバンド理論。 ダミーのため量子力学

この記事では、どのような固体のバンド理論を説明しています。 それはの表現である理由が何であるかを、示した 物質の構造。 誘電体や半導体と異なる金属の結果。

ロゼットとボタン

一日に何回、私たちはさまざまなボタンをクリックしますか？ でも来て思った誰もがそれを数えることはできません - ので、お馴染みの、そのアクションとなっています。 そして、男はこのすべては、それが金属に電流を運んでどのように簡単にのみ可能おかげであると考えていません。 スマートフォンでの操作はもちろんのこと、やかんを沸騰、光をオンに洗濯機を実行して、回路を完成し、導体中の電子の代わりに、人々の仕事を可能にすることを意味します。 導電率のセットのような現象の説明。 最も明白なは、おそらく、固体のバンド理論です。

アトムとやかん

高校にいた誰もが、アイデアの持つ 原子の構造を。 正に帯電した重い原子核の周りのリコール（陽子と中性子からなる）、肺の小さな電子を回転させます。 多くの 負の粒子は 正確に正の数に等しいです。 順序でのスタイルで説明し、読者を退屈しないように「ダミーのため量子力学。」 各電子軌道は、所与の化学要素にコアの周りに回転することができるため、厳しく制限されています。 次に、それぞれの種は、ユニークなパターン原子こうした軌道を持っています。 それはとても科学者は、ナトリウムからセレン及びヒ素からホウ素を区別spectroscopistsました。 しかし、本質的に純粋な物質に加えて、異なる組み合わせの無数があります。 量子力学は、（ダミーのため、読者は忘れてはならない）接続を作成し、複雑な化合物で軌道が交差すると主張する、マージ、変換、延伸します。 その品質はタイプによって異なります。強力な共有結合とイオン、水素は、例えば、弱いです。

結晶構造

ソリッドボディはより困難です。 固体のバンド理論を使用するモデルについては、通常は完全結晶を取ります。 これは、無限の罪なしであることを意味します - 独自の場所に各原子が、全電荷はゼロです。 カーネルは、均衡の特定の位置を中心に変動するが、電子は全体的に言うことができます。 「簡単」一つの原子がその隣接する負の粒子を寄贈する方法に応じて、それは、誘電体または金属雲の厳格所定の電子構造を得ています。 私が考えるとき、体がゼロケルビンであることを意味し、すべての電子が、それらにエネルギーの最小量を占めることが想定されていることを追加する必要があります。 より高い温度では、 振動の振幅 核として電子が強く、したがって、後者は、より高い占有することができる エネルギーレベルを。 負の粒子の分布がより「緩い」となります。 いくつかの問題では、そのような温度はそれほど重要ではないとして、この現象を説明することが重要です。

パウリの原理とローダー

固体のバンド理論の概念がどのようなパウリ原理を覚えておくだけで良い達成することができます。 砂糖の袋、それから、これらの袋たくさんあれば、条件付きローダは、彼らがお互いに課すだろう - 私たちは、電子がいることを想像した場合。 各「バッグ」は、空間にその場所を取ります。 電子の場合、これは、所与の状態に一つだけが一つのシステムにすることができることを意味します。 これは、パウリの排他原理です。 私たちは心の中で理想的な条件を持っていることに注意してください、ゼロケルビンの温度、および無限の結晶、すなわち。 システム全体は、温度の同じ条件であり 、機械的ストレス 欠陥が全体のすべての部分で同じです。

電子結晶ゾーン

結晶中の原子の一つのタイプの装置。 物質の1モルは、十から二十三分の度要素を備えます。 どのように多くのモルキログラム当たり、例えば、塩？ だから、あなたもさえ、最小の結晶は、想像を絶するほど多くの原子が含まれていることを言うことができます。 各化学元素は、電子軌道の独自のパターンを持っており、彼らは一体に少ない場合はどうやって？ 結局のところ、パウリの排他原理に従って、彼らは異なる状態を占有しなければなりません。 固体のバンド理論は、以下の方法を提供しています - 電子軌道は異なるエネルギーになります。 両者の違いは、継続的なゾーンを形成することは非常にしっかりとお互いに寄りかかって、それらが押されているほど小さいです。 したがって、原子中の電子の各レベルは、バルク結晶におけるゾーンに変換されます。 固体のバンド理論の要素は、絶縁体と導体間の違いを説明するのに役立つことができます。

ゾーン内の電子

我々はすでに原子で、結晶の形成を同じ軌道を占める電子の多くで何が起こっているのかを議論してきました。 しかし、ゾーン内の彼らの行動は、私たちは消灯左まで。 それは、金属と非金属の間の差を決定するので、これはすでに重要共有します。 既に上述したように、固体のバンド理論は、個々の原子のバンド内のエネルギーレベルが異なる軌道がほぼ連続的なスペクトルを形成するように少し異なることを示しています。 このように、電子間のポテンシャル障壁を克服することは難しいことではない - これは十分にしても熱であることは、自由に移動します。 しかしながら、許容帯域の各々は、その限界を有します。 他よりも高いか低いエネルギーレベルが常にあります。

ヴァランス禁止、導電率

これらのゾーン間の電子がすることができた時に何のレベルが存在しないエネルギーの面積を、持っています。 グラフでは、ホワイトギャップとして現れます。 そして彼女はバンドギャップと呼ばれます。 この障壁の電子を克服する唯一のジャークすることができます。 だから、彼はこのエネルギーのための適切な受けなければなりません。 原子このタイプの電子の存在を許容最大エネルギーを有するゾーンは、価電子帯と呼ばれ、それに従っている - 伝導。

メタル誘電体

固体の伝導帯の理論は、伝導帯の電子の有無は、この現在の物質でどのように流れるかを簡単に示すことを維持しています。 したがって、異なる金属と誘電体。 原子価と重なるので、前者の場合には、伝導帯は既に、電子を含んでいます。 手段負粒子は、任意の付加的なエネルギーの入力なしに、電磁場の作用下で自由に移動します。 そのため、金属の電流は、実際には、そう簡単に表示されます - 即座に、できるだけ早くフィールドとして。 同じ理由で、ワイヤは、鋼、銅、アルミニウムで作られています。

伝導帯エネルギーと呼ばれる誘電体によって分離される材料。 これらの電子は許さ低いレベルにトラップされます。 バンドギャップは、それらが自由に動き回ることができたレベルから負の粒子を分離します。 そして、それを克服するために電子に報告しなければならないエネルギーは、材料を破壊します。 または認識を超えて、そのプロパティを変更します。 そのため、プラスチックラップのワイヤが溶けて火傷が、電気を行っていません。

半導体

そこバンドギャップを有する材料の中間クラスがあるが、電流を伝導することができる特定の条件下で。 彼らは呼ばれて - 半導体。 誘電体と同じように、彼らは、伝導帯および価電子との間のエネルギーギャップを持っています。 しかし、それはより少ないと、いくつかの努力で克服しています。 古典的な半導体は、（ - シリシウムラテン語で）シリコンです。 有名な シリコンバレー この物質の結晶の使用に基づいた技術で有名な電子デバイスを作成することです。