Nadharia bendi ya yabisi. Mekaniki Quantum for Dummies

Makala hii inaeleza nini band nadharia ya yabisi. Inavyoonekana, nini ni sababu ni ya uwakilishi wa muundo wa suala hilo. Matokeo ya madini tofauti na dielectrics na halvledare.

Rosette na Button

Je, ni mara nyingi kwa siku sisi bonyeza kifungo mbalimbali? Hakuna mtu hata mawazo ya kuja hawawezi kuhesabu - imekuwa hivyo familiar hatua hiyo. Na mtu hadhani kwamba haya yote ni tu inawezekana shukrani kwa jinsi ilivyo rahisi ni kufanya sasa ya umeme katika vyuma. Kurejea kwenye mwanga, chemsha aaaa, kuendesha mashine ya kufulia, sembuse hatua juu smartphones, ina maana kukamilisha mzunguko na kuruhusu elektroni katika makondakta kufanya kazi badala ya watu. Maelezo ya matukio kama vile kuweka conductivity. wazi zaidi, labda, ni nadharia bendi ya yabisi.

Atom na vyombo vya shaba

Kila mtu ambaye alikuwa katika shule ya sekondari, ina wazo la muundo wa chembe. Kukumbuka kuzunguka chaji chanya kiini nzito (lina protoni, nyutroni) mzunguko mapafu elektroni kidogo. Idadi ya chembe hasi hasa sawa na idadi ya chanya. Ili si kwa wasomaji kuzaa, kueleza kwa mtindo wa "Quantum Mechanics for Dummies". Kila obiti elektroni ni madhubuti mdogo, ambapo inaweza mzunguko karibu msingi katika kutolewa kemikali kipengele. Kwa upande wake, kila aina ina muundo wa kipekee atomi mizunguko hiyo. Ilikuwa hivyo spectroscopists wanasayansi kutofautisha boroni kutoka selenium na arseniki kutoka sodium. Hata hivyo, pamoja na vitu safi katika asili, kuna idadi isiyo na kikomo ya mchanganyiko tofauti. Quantum Mechanics (Kwa Dummies, msomaji lazima kukumbuka) anasema kuwa katika misombo tata mizunguko intersect, kuunganisha, kubadilisha, akanyosha, kujenga uhusiano. ubora wao hutegemea aina: covalent na ionic nguvu, hidrojeni, kwa mfano, ni dhaifu.

muundo wa kioo

mwili imara ni vigumu zaidi. Kwa mfano, ambayo inatumia nadharia bendi ya yabisi, kwa kawaida kuchukua kioo kamilifu. Hii ina maana kwamba ni kutokuwa na mwisho na bila dhambi - kila chembe juu ya mahali yake mwenyewe, bila malipo jumla ni sifuri. Kernel fluctuate karibu hasa nafasi ya msawazo, lakini elektroni unaweza kusema kwa ujumla. Kulingana na jinsi "rahisi" moja chembe donates karibu yake chembe hasi, hupatikana rigidly predetermined umeme muundo wa dielectrics au vyuma wingu. Mimi lazima kuongeza kwamba wakati wa kuzingatia inadhaniwa kwamba elektroni zote kuchukua kiasi cha chini cha nishati kwao, ambayo ina maana kwamba mwili ni saa sifuri Kelvin. Katika joto ya juu, amplitude ya oscillation kama viini na elektroni sana na, hivyo, mwisho ni uwezo wa kuchukua juu ya ngazi ya nishati. Hasi chembe usambazaji inakuwa zaidi "huru". Katika baadhi ya matatizo, ni muhimu, hata hivyo, kuelezea jambo hili kama joto kama si muhimu.

Pauli kanuni na Loader

dhana ya nadharia bendi ya yabisi yanaweza kupatikana nzuri tu kukumbuka kile Pauli kanuni. Kama sisi kufikiria kwamba elektroni - mfuko wa sukari, basi, kama mifuko hiyo sana, masharti Loader wao kulazimisha kila mmoja. Kila "mfuko" inachukua nafasi yake katika nafasi. Kwa elektroni, hii ina maana kwamba katika jimbo hilo moja tu wanaweza kuwa katika mfumo mmoja. Hii ni Pauli kutengwa kanuni. Kumbuka kuwa sisi katika akili hali bora, yaani joto la sifuri Kelvin, na kioo usio na mwisho. mfumo mzima ni katika hali hiyo ya joto, stress mitambo, kasoro ni sawa katika maeneo yote ya yote.

Electronic fuwele zone

Katika kioo wingi wa aina moja ya atomi. mole Moja ya dutu inajumuisha mambo kumi na ishirini na ya tatu shahada. Wangapi moles kwa kilo, kwa mfano, chumvi? Hivyo unaweza hata kusema kwamba hata kioo ndogo ina atomi unimaginably wengi. Kila kipengele kemikali ina muundo lake la mizunguko elektroni, na nini cha kufanya kama wako katika mwili mmoja machache? Baada ya yote, kwa mujibu wa Pauli kutengwa kanuni, lazima kuchukua majimbo mbalimbali. Band nadharia ya yabisi hutoa njia zifuatazo - elektroni mizunguko kuwa nguvu tofauti. Tofauti kati yao ni ndogo sana kwamba wao ni taabu, leaning juu ya kila mmoja kwa nguvu sana na kuunda ukanda kuendelea. Hivyo, kila ngazi elektroni katika chembe hubadilishwa zone katika kioo kikubwa. Mambo ya bendi nadharia ya yabisi inaweza kusaidia kueleza tofauti kati ya vihami na makondakta.

Electronic ndani ya eneo

Sisi tayari kujadiliwa kile kinachotokea na mengi ya elektroni, ambayo kwa chembe kuchukua obiti huo, malezi ya kioo. Lakini tabia zao ndani ya eneo la mpaka wa kushoto unlit. Shiriki hii tayari muhimu kwa sababu huamua tofauti kati vyuma na yasiyo ya metali. Kama tayari kutajwa hapo juu, bendi nadharia ya yabisi inaonyesha kuwa viwango vya nguvu ndani ya bendi ya atomi ya mtu binafsi mizunguko tofauti tofauti kidogo kwamba karibu kuunda wigo kuendelea. Hivyo, kushinda kikwazo uwezo kati ya elektroni si vigumu - ni hatua yao kwa uhuru, kwa ajili ya hii inatosha hata joto. Hata hivyo, kila mmoja wa bendi kuruhusiwa ina mipaka yake. Kuna siku zote cha nishati ambayo ni ya juu au ya chini kuliko wengine.

Valence marufuku, conductivity

Kati ya maeneo haya na eneo la nishati, ambapo hakuna kiwango ambapo elektroni inaweza kuwa. Katika grafu, inaonekana kama pengo nyeupe. Akamwita pengo bendi. Ili kuondokana na hii kizuizi elektroni Unaweza tu jerk. Hivyo, lazima kupokea sahihi kwa ajili ya nishati hii. ukanda na nishati kubwa, ambayo kwa aina hii ya atomi ruhusa ya kuwepo kwa elektroni inaitwa Valence bendi, na baada ya hiyo - conductivity.

chuma dielectric

Upitishaji wa bendi nadharia ya yabisi inasema kuwa kuwepo au kutokuwepo kwa elektroni katika bendi ya upitishaji inaonyesha jinsi urahisi mtiririko katika dutu hii ya sasa. vyuma Hivyo tofauti na dielectrics. Katika hali ya zamani, upitishaji wa bendi tayari ina elektroni, kwa kuwa unalingana na valence. njia hasi chembe ni bure na hoja chini ya hatua ya shamba umeme, bila mchango wowote wa nishati ya ziada. Kwa hiyo, sasa ya umeme katika vyuma inaonekana rahisi, kwa kweli - mara moja, kwa haraka kama shamba. Na kwa sababu hiyo hiyo, waya ni alifanya ya chuma, shaba, alumini.

Vifaa ambayo Valence na upitishaji bendi kutengwa kwa dielectrics nishati kinachoitwa. elektroni hizi wako katika kiwango cha chini kuruhusiwa. Band pengo hutenganisha chembe hasi kutoka ngazi ambayo hawakuweza kuzunguka kwa uhuru. Na nishati ambayo ni lazima kuripotiwa kwa elektroni kushinda yake, kuharibu vifaa. Au kubadilisha tabia za wake zaidi ya utambuzi. Kwa hiyo, plastiki wrap waya melts na nzito, lakini haina kupitisha umeme.

halvledare

Lakini kuna daraja la kati ya vifaa vya kwamba kuwa bandgap, lakini katika hali fulani wenye uwezo wa kufanya umeme sasa. Wao ni kuitwa - halvledare. Kama dielectric, wana pengo nishati kati ya upitishaji na valence. Hata hivyo, ni kidogo na kuondokana na baadhi ya juhudi. Classical semiconductor ni silicon (katika Amerika - Silicium). maarufu Silicon Valley ni maarufu kwa teknolojia kulingana na matumizi ya fuwele ya dutu hii ni ya kutengeneza vifaa vya elektroniki.