ठोस का बैंड सिद्धांत। नौसिखियों के लिए क्वांटम मैकेनिक्स

यह लेख क्या ठोस का बैंड सिद्धांत बताते हैं। दिखाया गया है, यह क्या कारण यह का प्रतिनिधित्व है इस मामले की संरचना। धातुओं पारद्युतिक और अर्धचालकों से अलग के परिणाम।

रोसेट और बटन

कितनी बार एक दिन हम विभिन्न बटन पर क्लिक करेंगे? कोई भी आने के लिए यह गिनती नहीं कर सकते हैं सोचा - तो परिचित हो गया है कि कार्रवाई। और आदमी नहीं लगता है कि यह सब केवल कितना आसान है धातुओं में विद्युत धारा ले जा रहा है के लिए संभव धन्यवाद है। , प्रकाश चालू केतली उबाल कपड़े धोने की मशीन चलाने के लिए, स्मार्टफोन पर होने वाली गतिविधियों का उल्लेख नहीं, सर्किट को पूरा करने और कंडक्टर में इलेक्ट्रॉनों के बजाय लोगों के काम करने की अनुमति है। चालकता सेट के रूप में इस तरह की घटना की व्याख्या। सबसे स्पष्ट, शायद, ठोस का बैंड सिद्धांत है।

एटम और केटल्स

हर कोई जो हाई स्कूल में था, की एक विचार है परमाणु की संरचना। एक धनात्मक आवेश वाले भारी नाभिक (प्रोटान और न्यूट्रान के होते हैं) के आसपास याद फेफड़ों बारी बारी से थोड़ा इलेक्ट्रॉनों। की संख्या नकारात्मक कणों वास्तव में सकारात्मक की संख्या के बराबर होती है। आदेश में नहीं बोर पाठकों के लिए, की शैली में समझाने "नौसिखियों के लिए क्वांटम मैकेनिक्स।" प्रत्येक इलेक्ट्रॉन कक्षा सख्ती से सीमित है जिसके लिए वह किसी दिए गए रासायनिक तत्व में कोर के आसपास बारी बारी से कर सकते हैं। बदले में, प्रत्येक प्रजाति के लिए एक अनूठा पैटर्न ऐसी कक्षाओं परमाणुओं है। यह इतना वैज्ञानिकों सेलेनियम और सोडियम से आर्सेनिक से बोरान भेद spectroscopists किया गया था। हालांकि, प्रकृति में शुद्ध पदार्थों के अलावा, वहाँ विभिन्न संयोजनों की एक अनंत संख्या में हैं। क्वांटम यांत्रिकी (Dummies के लिए, पाठक को याद रखना चाहिए) का तर्क है कि जटिल यौगिकों में कक्षाओं एक दूसरे को काटना, इसे मिलाना, बदलना, फैला, एक कनेक्शन का निर्माण। उनकी गुणवत्ता प्रकार पर निर्भर करता: सहसंयोजक और आयनिक मजबूत, हाइड्रोजन, उदाहरण के लिए, कमजोर होती है।

क्रिस्टल संरचना

ठोस शरीर अधिक कठिन है। मॉडल है, जो ठोस का बैंड सिद्धांत का उपयोग करता है के लिए, आम तौर पर एक आदर्श क्रिस्टल ले। इसका मतलब यह है कि यह अंतहीन और पाप के बिना है - अपने स्वयं के स्थान पर प्रत्येक परमाणु, कुल शुल्क शून्य है। कर्नेल संतुलन की एक विशेष स्थिति के आसपास उतार चढ़ाव है, लेकिन इलेक्ट्रॉनों समग्र कह सकते हैं। कैसे "आसान" एक परमाणु अपनी आसन्न नकारात्मक कणों दान के आधार पर इसे पारद्युतिक या धातु बादल के सख्ती से पूर्व निर्धारित इलेक्ट्रॉनिक संरचना प्राप्त की है। मैं जोड़ने चाहिए जब विचार यह माना जाता है कि कि सभी इलेक्ट्रॉनों उन्हें ऊर्जा की न्यूनतम राशि पर कब्जा है, जिसका अर्थ है कि शरीर शून्य केल्विन पर है। उच्च तापमान पर, दोलन के आयाम नाभिक के रूप में और इलेक्ट्रॉनों दृढ़ता से और, इसलिए, बाद के उच्च पर कब्जा करने में सक्षम हैं ऊर्जा का स्तर। नकारात्मक कणों वितरण अधिक "ढीला" हो जाता है। कुछ समस्याओं में, यह महत्वपूर्ण है, हालांकि, इस घटना का वर्णन करने के लिए इस तरह के तापमान इतना महत्वपूर्ण नहीं है।

पाउली सिद्धांत और लोडर

ठोस का बैंड सिद्धांत की अवधारणा क्या पाउली सिद्धांत याद करने के लिए केवल अच्छा प्राप्त किया जा सकता। हम कल्पना करते हैं कि इलेक्ट्रॉनों - चीनी का एक बैग है, तो, ये बैग एक बहुत हैं, सशर्त लोडर वे एक दूसरे पर लागू होगा। प्रत्येक "बैग" अंतरिक्ष में अपनी जगह लेता है। इलेक्ट्रॉनों लिए, इसका मतलब है कि किसी भी राज्य में केवल एक ही एक प्रणाली में हो सकता है। ऐसा पाउली अपवर्जन सिद्धांत है। ध्यान दें कि हम आदर्श स्थिति मन में है, शून्य केल्विन के तापमान, और अनंत क्रिस्टल यानी कि। पूरी व्यवस्था के तापमान, का एक ही स्थिति में है यांत्रिक तनाव, दोष एक पूरे के सभी भागों में एक ही हैं।

इलेक्ट्रॉनिक क्रिस्टल क्षेत्र

क्रिस्टल में, परमाणु का एक प्रकार की अधिकता। पदार्थ में से एक तिल एक दस करने के लिए तेईसवें डिग्री तत्वों शामिल हैं। कितने प्रति किलोग्राम मोल्स, उदाहरण के लिए, नमक? तो अगर आप भी कह सकते हैं कि छोटी से छोटी क्रिस्टल अकल्पनीय कई परमाणुओं में शामिल है। प्रत्येक रासायनिक तत्व इलेक्ट्रॉन कक्षाओं के लिए अपने स्वयं के पैटर्न है, और अगर वे कुछ एक शरीर में हैं क्या करना है? सब के बाद, पाउली अपवर्जन सिद्धांत के अनुसार, वे अलग-अलग राज्यों में समा जाना चाहिए। ठोस का बैंड सिद्धांत निम्नलिखित तरीका प्रदान करता है - इलेक्ट्रॉन कक्षाओं अलग अलग ऊर्जा बन जाते हैं। उन दोनों के बीच अंतर है, इतना छोटा है कि वे दबा रहे है एक दूसरे पर झुकाव बहुत कसकर एक सतत क्षेत्र बनाने के लिए। इस प्रकार, परमाणु में इलेक्ट्रॉन के प्रत्येक स्तर थोक क्रिस्टल में एक क्षेत्र में बदल दिया है। ठोस का बैंड सिद्धांत के तत्वों इंसुलेटर और कंडक्टर के बीच अंतर की व्याख्या कर सकते हैं।

क्षेत्र के भीतर इलेक्ट्रॉनिक

हम पहले से ही चर्चा की है क्या इलेक्ट्रॉनों, जो एक परमाणु में एक ही कक्षा, क्रिस्टल के गठन पर कब्जा का एक बहुत साथ हो रहा है। लेकिन क्षेत्र के अंदर उनके व्यवहार जब तक हम तिमिराच्छन्न छोड़ दिया है। यह पहले से ही महत्वपूर्ण साझा करें क्योंकि यह धातु और गैर धातु के बीच अंतर को निर्धारित करता है। पहले से ही ऊपर उल्लेख किया है, ठोस का बैंड सिद्धांत पता चलता है कि अलग-अलग परमाणुओं के बैंड के अंदर ऊर्जा का स्तर अलग अलग कक्षाओं इतना कम है कि लगभग एक सतत स्पेक्ट्रम फार्म भिन्न होते हैं। इस प्रकार, इलेक्ट्रॉन के बीच संभावित बाधा दूर करने के लिए मुश्किल नहीं है - यह उन्हें स्वतंत्र रूप से चलता है, के लिए यह पर्याप्त है भी गर्मी। हालांकि, अनुमति बैंड के प्रत्येक अपनी सीमा नहीं है। वहाँ हमेशा एक ऊर्जा स्तर उच्च या दूसरों की तुलना में कम है।

वैलेंस निषिद्ध, चालकता

इन क्षेत्रों के बीच ऊर्जा, जहां कोई स्तर है जिस पर एक इलेक्ट्रॉन हो सकता है के एक क्षेत्र है। रेखांकन में, यह एक सफेद खाई के रूप में प्रकट होता है। और वह बैंड अंतराल कहा जाता है। इस बाधा इलेक्ट्रॉन केवल झटका कर सकते हैं दूर करने के लिए। तो, वह इस ऊर्जा के लिए उपयुक्त होना चाहिए। सबसे बड़ी ऊर्जा के साथ क्षेत्र है, जो परमाणुओं के इस प्रकार के लिए इलेक्ट्रॉनों के अस्तित्व की अनुमति दी संयोजक बैंड कहा जाता है, और यह निम्नलिखित - चालकता।

धातु अचालक

ठोस का चालन बैंड सिद्धांत का कहना है चालन बैंड में उपस्थिति या इलेक्ट्रॉनों के अभाव का संकेत है कि कितनी आसानी से इस वर्तमान पदार्थ में बहती है। इस प्रकार विभिन्न धातुओं और पारद्युतिक। पूर्व के मामले में, चालन बैंड पहले से ही, इलेक्ट्रॉनों शामिल संयोजक के साथ ओवरलैप हो के बाद से। एक साधन नकारात्मक कणों विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र की कार्रवाई के तहत स्थानांतरित करने के लिए, किसी भी अतिरिक्त ऊर्जा इनपुट के बिना स्वतंत्र हैं। इसलिए, धातुओं में विद्युत प्रवाह इतना आसान दिखाई देता है, वास्तव में - तुरंत, जैसे ही क्षेत्र के रूप में। और इसी कारण से, तार स्टील, तांबा, एल्यूमीनियम का बना है।

सामग्री जिसके लिए संयोजक और चालन बैंड एक ऊर्जा तथाकथित पारद्युतिक से अलग कर दिया। इन इलेक्ट्रॉनों की अनुमति दी निचले स्तर में फंस रहे हैं। बैंड अंतराल के स्तर का है, जिसमें वे स्वतंत्र रूप से चारों ओर ले जाने सकता से नकारात्मक कणों को अलग करती है। और ऊर्जा है कि इलेक्ट्रॉनों को सूचित किया जाना चाहिए इसे दूर करने, सामग्री को नष्ट कर। या मान्यता से परे अपने गुणों को बदलने। इसलिए, प्लास्टिक रैप तारों पिघला देता है और जलता है, लेकिन बिजली संचालित नहीं करता है।

अर्धचालकों

लेकिन वहाँ सामग्री एक bandgap है कि एक मध्यवर्ती वर्ग है, लेकिन कुछ शर्तों के अधीन विद्युत धारा का आयोजन करने में सक्षम। वे कहा जाता है - अर्धचालकों। अचालक की तरह, वे चालन और संयोजक के बीच एक ऊर्जा की खाई है। हालांकि, यह कम और कुछ प्रयास के साथ पर काबू पाने के लिए है। शास्त्रीय अर्धचालक सिलिकॉन (- Silicium लैटिन में) है। प्रसिद्ध सिलिकॉन वैली इस पदार्थ के क्रिस्टल के उपयोग पर आधारित प्रौद्योगिकियों के लिए इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों बनाने के लिए है प्रसिद्ध है।