ทฤษฎีวงของของแข็ง กลศาสตร์ควอนตั for Dummies

บทความนี้จะอธิบายถึงสิ่งที่ทฤษฎีวงของของแข็ง แสดงให้เห็นว่าสิ่งที่มันเป็นเหตุผลที่มันเป็นตัวแทนของ โครงสร้างของเรื่อง ผลการค้นหาของโลหะที่แตกต่างจาก dielectrics และเซมิคอนดักเตอร์

ดอกกุหลาบและปุ่ม

วิธีการหลายครั้งต่อวันเราจะคลิกที่ปุ่มต่างๆได้หรือไม่ ไม่มีใครคิดแม้แต่จะมาไม่สามารถนับได้ - ได้กลายเป็นที่คุ้นเคยที่การกระทำ และคนที่ไม่ได้คิดว่าทั้งหมดนี้เป็นเพียงขอบคุณไปได้ที่จะว่าง่ายมันจะแบกกระแสไฟฟ้าในโลหะ เปิดไฟ, กาต้มน้ำเดือดเรียกใช้เครื่องซักผ้าไม่ต้องพูดถึงการกระทำของมาร์ทโฟน, หมายความว่าเสร็จสมบูรณ์วงจรและอนุญาตให้อิเล็กตรอนในตัวนำในการทำงานแทนคน คำอธิบายของปรากฏการณ์ดังกล่าวเป็นชุดการนำไฟฟ้า เห็นได้ชัดที่สุดอาจเป็นทฤษฎีวงของของแข็ง

Atom และกาต้มน้ำ

ทุกคนที่อยู่ในโรงเรียนมัธยมที่มีความคิดของ โครงสร้างของอะตอม การเรียกคืนรอบนิวเคลียสหนักประจุบวก (ประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอน) หมุนปอดอิเล็กตรอนเล็ก ๆ น้อย ๆ จำนวน อนุภาคเชิงลบ ว่าเท่ากับจำนวนบวก เพื่อไม่ให้ผู้อ่านเบื่ออธิบายในรูปแบบของ "กลศาสตร์ควอนตั for Dummies." วงโคจรของอิเล็กตรอนแต่ละครั้งจะถูก จำกัด อย่างเคร่งครัดเพื่อที่จะสามารถหมุนรอบแกนในองค์ประกอบทางเคมีที่กำหนด ในทางกลับกันแต่ละชนิดมีที่ไม่ซ้ำกันอะตอมรูปแบบวงโคจรดังกล่าว มันจึง spectroscopists นักวิทยาศาสตร์แยกแยะความแตกต่างจากโบรอนซีลีเนียมและสารหนูจากโซเดียม แต่นอกเหนือไปจากสารบริสุทธิ์ในธรรมชาติมีจำนวนอนันต์ของชุดที่แตกต่างกัน กลศาสตร์ควอนตั (สำหรับ Dummies ผู้อ่านควรจำไว้) ระบุว่าในสารประกอบที่ซับซ้อนวงโคจรตัดผสาน, เปลี่ยน, ยืด, การสร้างการเชื่อมต่อ คุณภาพของพวกเขาขึ้นอยู่กับประเภท: โควาเลนต์และอิออนที่แข็งแกร่งไฮโดรเจนคือตัวอย่างหนึ่งที่ปรับตัวลดลง

โครงสร้างผลึก

ร่างกายแข็งเป็นเรื่องยากมาก สำหรับรุ่นที่ใช้ทฤษฎีแถบของของแข็งมักจะใช้คริสตัลที่สมบูรณ์แบบ ซึ่งหมายความว่ามันเป็นที่สิ้นสุดและไม่มีบาป - อะตอมในสถานที่ของตัวเองแต่ละค่าใช้จ่ายรวมเป็นศูนย์ Kernel ผันผวนรอบตำแหน่งที่เฉพาะเจาะจงของสมดุล แต่อิเล็กตรอนสามารถพูดโดยรวม ขึ้นอยู่กับว่า "ง่าย" อะตอมบริจาคอนุภาคลบที่อยู่ติดกันก็จะได้รับโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ที่กำหนดไว้อย่างเหนียวแน่นของ dielectrics หรือโลหะเมฆ ฉันควรเพิ่มว่าเมื่อพิจารณามันจะสันนิษฐานว่าอิเล็กตรอนครอบครองจำนวนเงินขั้นต่ำของพลังงานที่จะให้พวกเขาซึ่งหมายความว่าร่างกายเป็นที่ศูนย์เคลวิน ที่อุณหภูมิสูง, ความกว้างของการสั่น เป็นนิวเคลียสและอิเล็กตรอนอย่างมากและด้วยเหตุนี้หลังสามารถที่จะครอบครองสูงกว่า ระดับพลังงาน การกระจายอนุภาคเชิงลบมากขึ้น "หลวม" ในปัญหาบางอย่างก็เป็นสิ่งสำคัญ แต่เพื่ออธิบายปรากฏการณ์นี้เป็นอุณหภูมิดังกล่าวไม่เป็นสิ่งสำคัญดังนั้น

หลักการ Pauli และโหลด

แนวคิดของทฤษฎีแถบของของแข็งสามารถบรรลุที่ดีเท่านั้นที่จะจำสิ่งหลักการ Pauli ถ้าเราคิดว่าอิเล็กตรอน - ถุงน้ำตาลแล้วถ้าถุงเหล่านี้เป็นจำนวนมาก, รถตามเงื่อนไขที่พวกเขาจะกำหนดในแต่ละอื่น ๆ แต่ละ "ถุง" ที่เกิดขึ้นในพื้นที่ สำหรับอิเล็กตรอนนี้หมายความว่าอยู่ในสถานะที่ได้รับเพียงคนเดียวที่สามารถอยู่ในระบบใดระบบหนึ่ง นี่คือหลักการกีดกันของเพาลี โปรดทราบว่าเรามีในใจสภาพที่เหมาะสมเช่นอุณหภูมิของศูนย์เคลวินและคริสตัลที่ไม่มีที่สิ้นสุด ทั้งระบบอยู่ในเงื่อนไขเดียวกันของอุณหภูมิ ความเครียดเชิงกล, ข้อบกพร่องที่จะเหมือนกันในทุกส่วนของทั้งหมด

โซนคริสตัลอิเล็กทรอนิกส์

ในคริสตัลเป็นส่วนใหญ่ของประเภทหนึ่งของอะตอม หนึ่งโมลของสารประกอบด้วยองค์ประกอบศึกษาระดับปริญญาสิบถึงยี่สิบที่สาม วิธีการหลายไฝต่อกิโลกรัมเช่นเกลือได้หรือไม่ เพื่อให้คุณยังสามารถพูดได้ว่าแม้คริสตัลขนาดเล็กที่สุดมีอะตอมหลายเหลือล้น แต่ละองค์ประกอบทางเคมีที่มีรูปแบบของตัวเองของวงโคจรของอิเล็กตรอนและสิ่งที่จะทำอย่างไรถ้าพวกเขาอยู่ในร่างของคนไม่กี่? หลังจากที่ทุกคนเป็นไปตามหลักการกีดกันของเพาลีพวกเขาจะต้องครอบครองรัฐที่แตกต่าง ทฤษฎีแถบของของแข็งมีวิธีดังต่อไปนี้ - วงโคจรอิเล็กตรอนกลายเป็นพลังงานที่แตกต่างกัน ความแตกต่างระหว่างพวกเขาที่มีขนาดเล็กเพื่อให้พวกเขาถูกกดพิงกันและกันอย่างแน่นหนาในรูปแบบโซนอย่างต่อเนื่อง ดังนั้นในแต่ละระดับของอิเล็กตรอนในอะตอมจะถูกแปลงเป็นโซนในคริสตัลจำนวนมาก องค์ประกอบของทฤษฎีแถบของของแข็งสามารถช่วยอธิบายความแตกต่างระหว่างฉนวนและตัวนำ

อิเล็กทรอนิกส์ภายในโซน

เราได้กล่าวแล้วสิ่งที่เกิดขึ้นมีจำนวนมากของอิเล็กตรอนซึ่งในอะตอมครอบครองวงโคจรเดียวกันการก่อตัวของผลึก แต่พฤติกรรมของพวกเขาภายในโซนจนกว่าเราจะได้ใส่มืดสนิท แชร์สิ่งนี้สำคัญแล้วเพราะมันเป็นตัวกำหนดความแตกต่างระหว่างโลหะและโลหะที่ไม่ใช่ ดังที่ได้กล่าวแล้วข้างต้นทฤษฎีวงของของแข็งแสดงให้เห็นว่าระดับพลังงานภายในวงของอะตอมแต่ละวงโคจรที่แตกต่างกันแตกต่างกันเล็ก ๆ น้อย ๆ ที่เกือบจะในรูปแบบคลื่นความถี่อย่างต่อเนื่อง ดังนั้นการที่จะเอาชนะอุปสรรคที่อาจเกิดขึ้นระหว่างอิเล็กตรอนไม่ยาก - จะย้ายพวกเขาได้อย่างอิสระสำหรับเรื่องนี้คือเพียงพอแม้ความร้อน อย่างไรก็ตามแต่ละของวงดนตรีที่ได้รับอนุญาตมีข้อ จำกัด มีอยู่เสมอในระดับพลังงานที่สูงกว่าหรือต่ำกว่าคนอื่น ๆ

Valence ห้ามการนำ

ระหว่างโซนเหล่านี้มีพื้นที่ของพลังงานที่มีระดับที่อิเล็กตรอนอาจจะเป็นที่ไม่มี ในกราฟก็จะปรากฏเป็นช่องว่างสีขาว และเธอเรียกว่าช่องว่างวง ที่จะเอาชนะอุปสรรคนี้อิเล็กตรอนเท่านั้นที่สามารถกระตุก ดังนั้นเขาจะต้องได้รับเหมาะสมสำหรับพลังงานนี้ โซนที่มีการใช้พลังงานมากที่สุดซึ่งสำหรับประเภทของการดำรงอยู่ของอะตอมอิเล็กตรอนอนุญาตนี้จะเรียกว่าวงดนตรีจุและต่อไปนี้มัน - การนำ

อิเล็กทริกโลหะ

การนำทฤษฎีแถบของของแข็งยืนยันว่ามีหรือไม่มีอิเล็กตรอนในการนำวงดนตรีที่บ่งชี้ว่าง่ายไหลสารในปัจจุบันนี้ โลหะที่แตกต่างกันดังนั้นและ dielectrics ในกรณีที่อดีตการนำวงดนตรีแล้วมีอิเล็กตรอนเนื่องจากคาบเกี่ยวกับความจุ หมายถึงอนุภาคเชิงลบมีอิสระที่จะย้ายไปอยู่ภายใต้การกระทำของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าโดยไม่ต้องเข้าพลังงานใด ๆ เพิ่มเติม ดังนั้นกระแสไฟฟ้าในโลหะปรากฏขึ้นเพื่อให้ง่ายในความเป็นจริง - ทันทีเร็วที่สุดเท่าที่สนาม และด้วยเหตุผลเดียวกันลวดทำจากเหล็กทองแดงอลูมิเนียม

วัสดุซึ่งจุและการนำวงดนตรีที่แยกจากกันโดย dielectrics พลังงานที่เรียกว่า อิเล็กตรอนเหล่านี้จะถูกขังอยู่ในระดับที่ต่ำกว่าที่ได้รับอนุญาต ช่องว่างวงแยกอนุภาคเชิงลบจากระดับในการที่พวกเขาสามารถย้ายไปรอบ ๆ ได้อย่างอิสระ และพลังงานที่จะต้องไปรายงานตัวอิเล็กตรอนที่จะเอาชนะมันทำลายวัสดุ หรือเปลี่ยนคุณสมบัติของมันเกินยอมรับ ดังนั้นสายห่อพลาสติกละลายและการเผาไหม้ แต่ไม่ได้เป็นตัวนำไฟฟ้า

เซมิคอนดักเตอร์

แต่มีระดับกลางของวัสดุที่มี bandgap แต่ภายใต้เงื่อนไขบางความสามารถในการดำเนินการกระแสไฟฟ้า พวกเขาจะเรียก - เซมิคอนดักเตอร์ เช่นเดียวกับอิเล็กทริกที่พวกเขามีช่องว่างพลังงานระหว่างการนำและความจุ แต่ก็เป็นน้อยลงและเอาชนะด้วยความพยายามบางอย่าง เซมิคอนดักเตอร์คลาสสิกเป็นซิลิกอน (ในละติน - Silicium) ที่มีชื่อเสียง Silicon Valley เป็นที่มีชื่อเสียงสำหรับเทคโนโลยีขึ้นอยู่กับการใช้งานของผลึกของสารนี้คือการสร้างอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์