Теорията на група от твърди частици. Квантовата механика за Манекени

Тази статия обяснява какво теорията лента на твърди частици. Показани, какво е причината за това е представяне на структурата на материята. Резултати от метали, различни от диелектрици и полупроводници.

Розета и Бътън

Колко пъти на ден ще кликнете на различни бутони? Никой дори не помисли да дойде не може да се брои - е станала толкова познато това действие. И човек не мисли, че всичко това е само възможно благодарение на колко е лесно да носи електрически ток в метали. Включване на светлината и се вари в кана, пуснете пералнята, да не говорим за действия по отношение на смартфони, означава завършване на веригата и да позволи на електроните в проводниците, за да работят, а не на хората. Обяснение на тези явления, както е посочено на проводимост. Най-очевидно, може би, е теорията лента на твърди частици.

Atom и чайници

Всеки, който е бил в гимназията, има представа за структурата на атома. Припомнете си около положително заредена тежки ядра (състои от протони и неутрони) се върти дробовете малки електрони. Брой отрицателни частици точно равен на броя на положителна. За да не се отегчават читатели, обясни в стила на "квантовата механика за Dummies". Всеки електрон орбита е строго ограничено, за които може да се върти около сърцевината в даден химичен елемент. От друга страна, всеки вид има уникален модел атоми като орбити. Тя е толкова spectroscopists учени отличават бор от селен и арсен от натрий. Въпреки това, в допълнение към чистите вещества в природата, има безкраен брой различни комбинации. Квантовата механика (За Манекени, читателят трябва да се помни) твърди, че в комплексни съединения орбити пресичат, сливане, трансформиране, опъната, създаване на връзка. Качеството им зависи от вида: ковалентна и йонна силна, водород, например, е по-слаба.

кристална структура

Твърдият тялото е по-трудно. За модела, който използва теорията лента на твърди частици, обикновено вземат перфектен кристал. Това означава, че тя е безкрайна и без грях - всеки атом на мястото си, за общият размер на разходите е нула. Ядрото се колебае около определена позиция на равновесие, но електроните могат да кажат като цяло. В зависимост от това колко "лесно" един атом дарява своите съседни отрицателни частици, се получава твърдо предварително определена електронна структура на диелектрици или метали облак. Трябва да добавя, че при разглеждането на това се приема, че всички електрони заемат минимално количество енергия към тях, което означава, че тялото е на нула келвина. При по-високи температури, амплитудата на колебание като ядрата и електроните силно и, следователно, последните са в състояние да заемат по-високи нива на енергия. Отрицателните частици разпределение става по "свободно". В някои проблеми, важно е, обаче, да се опише това явление като такава температура не е толкова важно.

принцип Паули и товарача

Концепцията на теорията на групата на твърдите вещества може да се постигне добър само да си спомня какво принципа на Паули. Ако си представим, че електроните - една торба захар, а след това, ако тези торбички много, условно товарач ще те налагат един на друг. Всеки "торба" заема своето място в пространството. За електрони, това означава, че в даден щат само един може да бъде в една система. Това е принципът на Паули изключване. Имайте предвид, че ние имаме предвид, идеални условия, т.е. температурата на нула Келвин, и безкрайната кристала. Цялата система е в същите условия на температура, механично напрежение, дефекти са еднакви във всички части на цяло.

Електронни кристали зона

В кристала, множество от един вид атоми. Един мол вещество се състои от десет до двадесет и трета степен елементи. Колко молове на килограм, например, сол? Така че можете дори да се каже, че дори и най-малкия кристал съдържа невъобразимо много атоми. Всеки химичен елемент има свой собствен модел на електронните орбити, и какво да направите, ако те са в едно тяло няколко? В крайна сметка, в съответствие с принципа на Паули изключване, те трябва да заемат различни държави. Band теория на твърдите частици предлага следния начин - електронните орбити стават различни енергии. Разликата между тях е толкова малка, че те са притиснати, опирайки се на един друг много здраво, за да образуват непрекъсната зона. По този начин, всяко ниво на електрона в атома, се превръща в зона в насипно кристала. Елементи на групата теория на твърдите вещества могат да помогнат да обясни разликата между изолатори и проводници.

Електронно в рамките на зоната

Вече обсъдихме какво се случва с много от електрони, които в един атом заемат същата орбита, формирането на кристала. Но поведението им във вътрешността на зоната, докато не остави изключен. Споделете това вече важно, тъй като тя определя разликата между метали и неметали. Както вече бе споменато по-горе, теорията лента на твърди вещества показва, че нивата на енергия в рамките на групата на отделните атоми различни орбити различават толкова малки, че почти се образува непрекъснат спектър. По този начин, за да се преодолее потенциалната бариера между електрона не е трудно - тя ги движи свободно, защото това е достатъчно, дори и топлина. Въпреки това, всяка от разрешеното бандата има своите граници. Винаги има ниво на енергия, която е по-висока или по-ниска, отколкото на другите.

Valence забранено, проводимост

Между тези зони са с площ от енергия, когато няма ниво, на което електрон може да бъде. В графиките, изглежда като бяло празнина. И тя се нарича забранената зона. За да се преодолее тази бариера електрон може само идиот. Така че, той трябва да получи подходящо за тази енергия. Зоната с най-голяма енергия, която за този вид атоми допуска съществуването на електрони се нарича валентност лента, и след него - проводимост.

Metal диелектрик

Провеждане лента теория на твърди вещества твърди, че присъствието или отсъствието на електроните в лента проводимост показва колко лесно потоци в този ток вещество. По този начин различни метали и диелектрици. В първия случай, проводимата зона вече съдържа електрони, тъй като се припокрива с валентност. Средство отрицателен частици са свободни да се движат под въздействието на електромагнитното поле, без допълнително подаване на енергия. Ето защо, на електрическия ток в метали изглежда толкова лесно, в действителност - незабавно, веднага след като на терена. И по същата причина, жицата е направена от стомана, мед, алуминий.

Материали за които валентните и проводникова ленти, разделени от енергийни наречената диелектрици. Тези електрони са в капан в по-ниското ниво е позволено. Band празнина разделя отрицателни частици от нивото, в която може да се движи свободно. И енергията, която трябва да се докладва на електроните да го преодолее, да унищожи материала. Или променят свойствата си до неузнаваемост. Следователно, найлон проводници топи и изгаряния, но не провеждат електричество.

полупроводници

Но има един междинен клас материали, които имат Bandgap, но при определени условия може да осъществява електрически ток. Те се наричат - полупроводници. Подобно на диелектрика, те имат енергия разминаване между провеждане и валентност. Въпреки това, той е по-малко и да се преодолеят с известни усилия. Класическа полупроводници е силиций (на латински - силиций). Известният Силиконовата долина е известна с технологии, основани на използването на кристали на това вещество е да се създадат електронни устройства.