teoria zonelor teoriei benzii
teoria cuantică, explicând comportamentul electronilor în solide. Rezultatul principal al teoriei trupelor: valorile permise ale energiei electronilor într-o formă solidă de intervale intermediare definite - zone permise, care pot fi separate una de alta prin benzi interzise.
TEORIA ZONEI, teoria cuantică a spectrului energetic al electronilor într-un cristal, conform căreia acest spectru constă în benzi alternante de energie permise și interzise. Fundațiile au fost create de F. Bloch (a se vedea BLOKH Felix). L. Brillouin (vezi Brillouin Leon) și R. Peierls (vezi PAYERS Rudolf Ernst) în 1928-1931. Teoria zonală este baza ideilor moderne despre mecanismele diferitelor fenomene fizice care apar într-o materie cristalină solidă, sub influența unui câmp electromagnetic pe el. Aceasta este teoria electronilor care se deplasează într-un câmp potențial periodic al rețelei cristaline.
Într-un atom izolat, spectrul de energie al electronilor are un caracter discret, adică, electronii pot ocupa numai niveluri energetice complet determinate (vezi NIVELURI ENERGIE). Unele dintre aceste niveluri este umplut la starea normală neexcitat atomului, electronii de la alte niveluri pot fi numai când atomul este supus radiațiilor externe, adică. E. Când este excitat. Încercând o stare stabilă, atomul emite un exces de energie în momentul trecerii electronilor de la stări excitate la niveluri la care energia sa este minimă. Tranzițiile de la un nivel de energie la altul sunt întotdeauna asociate cu absorbția sau eliberarea energiei.
Într-un atom izolat există o forță de atracție prin nucleul atomului tuturor electronilor și forța respingătoare dintre electroni. Dacă există un sistem de atomi de N identici sunt suficient de la distanță unul față de celălalt (de exemplu, gazos), interacțiunea dintre atomii este practic absentă, iar nivelurile de energie de electroni rămân neschimbate. Prin condensarea substanței gazoase într-un lichid, și apoi la o rețea cristalină a unei formațiuni solide a tuturor atomilor disponibile ale acestui nivele de electroni de tip (ca electronii umplute și neumplute) este oarecum deplasată datorită efectului atomilor învecinate una față de cealaltă. Într-un cristal, datorită distanței apropiate dintre atomi, există forțe de interacțiune între electronii aparținând unor atomi diferiți și între toate nucleele și toți electronii. Sub influența acestor forțe suplimentare, nivelurile de energie ale electronilor din fiecare atom de cristal se schimbă: energia unor nivele scade, în timp ce altele cresc. În acest caz, învelișurile electronice ale atomilor externi nu se pot atinge doar unul pe celălalt, ci se suprapun. În special, atragerea electronilor unui atom de către nucleul învecinat reduce înălțimea barierului potențial care separă electronii atomilor solari. Adică, pe măsură ce atomii converg, cochilii de electroni se suprapun și, la rândul lor, schimbă semnificativ natura mișcării electronilor. Ca rezultat, un electron dintr-un nivel într-unul din atomi poate ajunge la nivelul atomului învecinat fără energie și astfel se poate muta liber de la un atom la altul. Acest proces se numește socializarea electronilor - fiecare electron aparține tuturor atomilor laturii cristaline. Socializarea completă are loc cu electronii cochiliilor de electroni exteriori. Datorită suprapunerii cochiliilor, electronii se pot schimba de la un atom la altul fără a schimba energia, adică trec prin cristal. Interacțiunea de schimb (vezi INTERACȚIUNEA DE SCHIMB) are o natură pură cuantică și este o consecință a indiscutabilității electronilor.
Ca urmare a convergenței atomilor pe scara energetică, în loc de nivele individuale, apar benzile de energie, adică regiunile valorilor energetice pe care le poate avea un electron, fiind într-un solid. Lățimea zonei ar trebui să depindă de gradul de conectare a electronului cu nucleul. Cu cât această conexiune este mai mare, cu atât este mai puțin divizarea nivelului, cu cât zona este mai îngustă. Într-un atom izolat există valori de energie interzise pe care un electron nu le poate avea, într-o solidă pot fi interzise benzi. Spectrul de energie al electronilor dintr-un cristal are o structură de bandă. Zonele de energie permise sunt separate prin intervale de energie interzise. Lărgimea benzilor de energie permise nu depinde de mărimea cristalului, ci este determinată numai de natura atomilor care formează corpul solid și de simetria laturii cristaline. Dacă EA - schimb interacțiunea energiei între doi atomi de carbon adiacenți, apoi cristalele cu un grilaj cubic simplu, unde fiecare atom are 6 vecini apropiați (număr de coordonare (a se vedea numărul de coordonare) = 6.). divizare nivel în zona va fi 12EA, pentru o rețea centrată pe față (KC = 12), lățimea benzii de energie permisă EA este 24, și un corp (KC = 8) - 16 EA.
Deoarece energia de schimb a EA depinde de gradul de suprapunere a coajelor de electroni, nivelele energetice ale cochililor interiori, care sunt mai localizate în apropierea nucleului, se împart mai puțin decât nivelurile electronilor de valență. Nu numai că nivelele normale (staționare), ci și energia excitată sunt supuse împărțirii în zonă. Lățimea zonelor permise la trecerea la scara energetică crește, iar valoarea decalajelor energetice interzise este redusă corespunzător.
Fiecare zonă constă dintr-un set de niveluri de energie. Numărul lor este determinat de numărul de atomi care formează un corp solid, adică, într-un cristal de dimensiuni finite, distanța dintre niveluri este invers proporțională cu numărul de atomi. În conformitate cu principiul Pauli, la fiecare nivel de energie nu pot exista mai mult de doi electroni, cu rotiri opuse (vezi SPIN). Prin urmare, numărul de stări electronice din zonă se dovedește a fi finit și egal cu numărul de stări atomice corespunzătoare. Numărul de electroni care umple această zonă de energie este, de asemenea, finit. Atunci când atomii N converg, în fiecare zonă apar N sublevels. Într-un cristal cu un volum de 1 cm3 există 10 22 -10 23 atomi. Datele experimentale arată că extinderea energiei benzii de valență-electron nu depășește un electron de volți (vezi ELECTRONVOLT). Rezultă că nivelurile de zonă sunt distanțate unul față de celălalt la energie 10 -22 - .. 10 -23 eV, adică, nivelurile sunt situate atât de aproape încât chiar și la această zonă de temperatură scăzută poate fi considerată ca bandă continuă de energii permise, această bandă de energie caracterizată spectrul quasicontinuos. Un impact energetic neglijabil suficient pentru a provoca trecerea electronilor de la un nivel la altul, dacă există stări libere. E. Datorită diferenței mici în energie a celor două subniveluri adiacente electronilor de valență orbitală în cristal sunt percepute ca o bandă continuă, mai degrabă decât un set de niveluri de putere discrete.
Mai strict se poate vorbi doar despre probabilitatea ca un electron să rămână la un anumit punct al spațiului. Această probabilitate este descrisă de funcțiile de undă x, care se obțin la rezolvarea ecuației de undă Schrodinger (vezi ecuația lui Schrodinger). În interacțiunea atomilor și apariția legăturilor chimice, funcțiile valurilor electronilor de valență se schimbă și ele.
Producerea spectrului energetic al electronilor într-un cristal, bazat pe nivelele de energie în atomi izolați, se numește aproximare strânsă. Este mai adevărat pentru electroni la niveluri profunde și mai puțin predispuși la influențe externe. La atomii complexi, energia electronului este determinată de numărul cuantic principal n și de numărul orbital cuantic l. Contabilizarea Interacțiuni în cristal (aproximarea cuplaj slab) arată că formarea atomilor de cristal clivaj are loc la niveluri N (+ 1 2l) subniveluri, care pot fi amplasate 2N electroni (2l + 1).
Ca nivelurile de energie în atomi izolați, benzile de energie pot fi umplute complet, parțial umplete și libere. Culelele interioare din atomii izolați sunt umplută, astfel încât și zonele corespunzătoare sunt umplute. Zona cea mai de sus a zonei umplut se numește banda de valență (vezi VALENTNAYA ZONA). Această zonă corespunde nivelurilor energetice ale electronilor carcasei exterioare în atomi izolați. Cea mai apropiată zonă liberă, necompletată se numește banda de conducere (vezi CONDUCTIVITATEA ZONEI). Între ele este o zonă interzisă (a se vedea ZONA INTERZISĂ). Umplerea benzii de conducere începe când electronii din banda de valență primesc energie suplimentară suficientă pentru a depăși bariera energetică egală cu lățimea benzii interzise.
Absența oricărui nivel de energie în decalajul de bandă este caracteristică numai a cristalelor perfecte. Orice încălcare a idealului unui câmp periodic într-un cristal implică o încălcare a idealului structurii trupei. Într-un cristal real, există întotdeauna defecte (vezi defectele) ale rețelei cristaline. Dacă numărul de defecte din cristal este mic, acestea se vor afla la distanțe considerabile unul față de celălalt, localizate. Prin urmare, starea de energie a acelor electroni care se află în regiunea defectului se va schimba, ceea ce va duce la formarea stărilor energetice locale suprapuse pe structura de bandă ideală. Numărul acestor stări este egal sau mai mare decât numărul de defecte dacă mai multe astfel de stări sunt asociate cu defectul. Localizarea stărilor locale este limitată de regiunea din apropierea defectului. Electronii la aceste niveluri de energie sunt legați de defecte și, prin urmare, nu pot participa la conductivitatea electrică. Adică, nivelurile de defecte pe care sunt situate sunt situate în zona interzisă a cristalului.
Cu o temperatură în creștere, amplitudinea vibrațiilor termice ale atomilor crește, crește gradul de interacțiune și crește gradul de divizare a nivelului de energie. Prin urmare, zonele permise devin mai largi, respectiv zonele interzise, respectiv. Când distanțele interatomice variază, în funcție de natura diviziunii nivelurilor, lățimea benzii interzise poate crește și scădea. Acest lucru se întâmplă, de exemplu, sub influența presiunii asupra cristalului.
Teoria zonelor ne permite să formăm un criteriu care face posibilă divizarea solidelor în două clase - metale și semiconductoare (dielectrice) (a se vedea DIELECTRICS). Teoria zonelor a fost inițial dezvoltată pentru solide cristaline, dar în ultimii ani ideile sale au început să se extindă și la substanțe amorfe.
Vezi ce este "teoria zonelor" în alte dicționare:
TEORIA BANDA - corpuri solide, teoria cuantică a energiei. din spectrul de electroni dintr-un cristal, conform căruia acest spectru constă în benzi alternante (benzi) de energii permise și interzise. Z. T. explică seria de fenomene și fenomene din cristal, în special, disperarea. hare p ... ... Enciclopedie fizică
Teoria benzii unui corp solid este teoria mecanică cuantică a mișcării electronilor într-un solid. În conformitate cu mecanica cuantică, electronii liberi pot avea orice energie, spectrul lor de energie este continuu. Electronii aparținând ... ... Wikipedia
TEORIA DE BANDĂ - TEORIA ZONEI, teoria cuantică, explicând proprietățile solide datorate electronilor (conductivitatea electrică, conductivitatea termică a metalelor, proprietățile optice etc.). Electronii unui solid nu pot avea nici o energie. Valorile energiei ... ... Enciclopedia contemporană
TEORIA BANDULUI - o teorie cuantică care explică comportamentul electronilor în solide. Rezultatul principal al teoriei benzii: valorile permise ale energiei electronilor într-o formă solidă a unor intervale definite ale zonelor permise, care pot fi separate unul de celălalt ... ... Dicționar encyclopedic mare
Teoria zonelor - TEORIA BANDULUI, teoria cuantică, explicând proprietățile solidelor datorate electronilor (conductivitatea electrică, conductivitatea termică a metalelor, proprietățile optice etc.). Electronii unui solid nu pot avea nici o energie. Valorile energiei ... ... Dicționar encyclopedic ilustrat
TEORIA BANDA - una dintre baze. secțiuni ale teoriei cuantice a solidelor, care este o teorie aproximativă a mișcării electronilor în periodice. câmpul laturii cristalului. Conform 3. T. din cauza convergenței atomilor din cristal până la distanțele de ordinul dimensiunilor în sine ... ... Marele dicționar encyclopedic politehnic
teoria teoriei - teoria teoriei teoriei Trista fizica atitikmenys: angl. teoria benzii vok. Bandtheorie, f; Bändertheorie, f rus. teoria benzilor, f pranc. théorie des bands, f ... Fizikos terminų žodynas
Teoria benzii este un corp solid, o diviziune a mecanicii cuantice, care consideră mișcarea electronilor într-un corp solid. Electronii liberi pot avea orice energie, spectrul lor de energie este continuu. Electronii aparținând ... ... Enciclopediei Sovietice
Teoria zonelor lui Adams este sistemul de bandă, teoria grupului Adams, metoda de determinare a expunerii optime a unui film și parametrii imaginii rezultate, formulați de Ansel Adams și Fred Archer în 1939-40. Sistemul de zone permite fotografilor ... ... Wikipedia
teoria banda a unui solid - juostinė kietojo kūno teorija statusas Trista fizica atitikmenys: angl. teoria benzii solide vok. Festkörper Zonentheorie, f rus. teoria benzilor solide, f pranc. théorie des bandes du corps solid, f ... Fizikos terminų žodynas
- Teoria zonelor. Jesse Russell. Această carte va fi realizată în conformitate cu comanda dvs. privind tehnologia Print-on-Demand. Conținut de înaltă calitate prin articole WIKIPEDIA! Teoria zonelor corpului solid - mecanica cuantica ... Mai multe informatii Cumpărați pentru 1125 руб
- Metode de fizică computațională în teoria solidelor. Teoria zonelor de metale. V. V. Nemoskalenko, V. N. Antonov. Monografia conține fundamentele teoriei electronice a metalelor și metodelor moderne ale teoriei trupelor. Împreună cu metode tradiționale precum metoda valurilor plane atașate, funcțiile ... Mai multe informații Cumpărați pentru 660 руб
- Structura materiei: o introducere în fizica modernă. R. Christie, A. Pitti. Cartea este un manual de fizică avansată pentru licee. Principala caracteristică a prezentării este accentul pus pe conexiunea strânsă a structurii microscopice a materiei cu ... Citește mai mult Cumpărați pentru 400 de ruble
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: