Хатуу хамтлаг онол. Арвин нөөцтэй нь Квантын механик

Энэ нийтлэл нь ямар бодис хамтлаг онол тайлбарладаг. Үзүүлсэн, энэ нь дүрслэл юм шалтгаан нь юу бодисын бүтэц. dielectrics болон хагас дамжуулагч өөр металлын үр дүн.

Сарнай ба Button

нэг өдөр бид хэдэн удаа янз бүрийн товч дээр товшино уу? тэр ч байтугай ирэх нь тоолж чадахгүй байна гэж бодсон хэн ч - маш сайн мэддэг гэж арга хэмжээ болж байна. Мөн хүн энэ бүхнийг зөвхөн металлын дахь цахилгаан гүйдэл явуулахад хэрхэн хялбар боломжтой ачаар байх гэж бодож байна. ухаалаг гар утас дээр арга хэмжээ энд дурьдах нь биш, гэрэл асаана, данх буцалгана угаалгын машин ажиллуулах, хэлхээг бөглөж, дамжуулагч нь электронууд оронд хүмүүсийн ажил хийх боломж гэсэн үг юм. дамжуулах багц зэрэг үзэгдлийг тайлбарлах. Хамгийн илэрхий, магадгүй, бодис хамтлаг онол юм.

Atom болон данх

ахлах сургуульд байсан хүн бүр, санааг байна атомын бүтэц. нь эерэг цэнэгтэй хүнд цөм (протон ба нейтроноос тогтдог) эргэн эргэн дурс уушиг бага зэрэг электрон эргүүлнэ. тоо сөрөг хэсгүүдийн яг эерэг тоо тэнцүү байна. зорилгоор цооног уншигчдад, хэв маяг нь тайлбарлаж чадахгүй "арвин нөөцтэй нь квант механик." электрон тойрог тус бүр хатуу чанд энэ нь тухайн химийн элементийн цөмийг тойрон эргэх болно үүний төлөө, хязгаарлагдмал байна. Хариуд нь зүйл тус бүрийн өвөрмөц хэв маяг нь ийм тойрог замыг атом байна. Энэ бол тийм л эрдэмтэд натри нь селен, хүнцэл нь борын ялгаж spectroscopists байна. Гэсэн хэдий ч, байгаль цэвэр бодисын гадна тэнд янз бүрийн хослол хязгааргүй тоо байдаг. Квантын механик (арвин нөөцтэй нь, уншигч санаж байх ёстой) комплекс нэгдлүүд нь тойрог замыг огтлолцоно гэж холболтыг бий болгох, нэгтгэх өөрчлөх, сунгасан, үзэж байна. Тэдний чанарын төрлөөс хамаарна: covalent болон ионы хүчтэй, устөрөгч, жишээ нь, сул дорой байна.

болор бүтэц

хатуу биеийн илүү хэцүү байдаг. загвар, бодис хамтлаг онолыг ашиглах нь ихэвчлэн төгс болор авна. Энэ нь эцэс төгсгөлгүй бөгөөд ямар ч гэм нүгэлгүй байна гэсэн үг - өөрийн газар дээр атом бүрийн нийт төлбөр нь тэг байна. Цөмийн тэнцвэрт тухайн албан тушаалд эргэн тойронд хэлбэлзэж, харин электронууд ерөнхий хэлж болно. "Хялбар" нэг атомын түүний зэргэлдээ сөрөг тоосонцор хандивлажээ хэрхэн хамаарч, энэ нь dielectrics буюу метал үүлэн бүр чандлан урьдчилан тодорхойлогдсон электрон бүтцийг олж авсан байна. Би авч үзэхдээ энэ нь биеийн тэг Келвин байна гэсэн үг бөгөөд энэ нь бүх электронууд тэдэнд эрчим хүчний хамгийн бага хэмжээг эзэлдэг гэж үздэг гэдгийг нэмж байх ёстой. өндөр температурт, хэлбэлзлийн далайц бөөм гэх мэт болон электрон хүчтэй бөгөөд, ийм учраас, Хожмын Үеийн дээд эзэлж боломжтой эрчим хүчний түвшинг. Сөрөг хэсгүүд түгээлтийн илүү "сул" болж байна. зарим асуудлуудыг энэ нь чухал юм, гэхдээ ийм температур тийм чухал биш юм шиг энэ үзэгдлийг тайлбарлах.

Pauli зарчим, ачигч

Хатуу хамтлаг онолын үзэл баримтлал нь юу Pauli зарчим санаж л сайн хүрсэн болно. элсэн чихэр, нэг баг, дараа нь эдгээр баг нь маш олон бол нөхцөлт дуудагч тэдгээр нь бие биенээ дээр хүлээлгэх болно - Бид электронууд гэж төсөөлж байгаа бол. "Багийн" бүр орон зай дахь өөрийн явагддаг. электроны хувьд энэ нь тухайн улсын зөвхөн нэг нэг системд байж болно гэсэн үг юм. Энэ Pauli хасах зарчим юм. Бид хамгийн тохиромжтой нөхцөлийг санаж байна тэг Келвин температурыг болон хязгааргүй болор өөрөөр хэлбэл гэдгийг анхаарна уу. бүхэл бүтэн систем нь температур, ижил нөхцөлд байна механик стресс, гэмтэл согог нь бүхэлдээ бүх хэсэгт ижил байдаг.

Цахим талст бүс

болор онд атомын нэг төрлийн олон ургальч. бодисын нэг нь мэнгэ нь арван хорин гурав дахь зэрэг элементүүд багтана. Хэдэн сохор номин нэг кг нь, жишээ нь, давс? Тиймээс та ч гэсэн тэр ч байтугай хамгийн жижиг болор unimaginably олон атом агуулсан гэж хэлж болно. Химийн элемент тус бүр электрон эргэлдэж өөрийн хэв маяг байдаг бөгөөд тэд хэд хэдэн нэг бие байгаа бол юу хийх вэ? Эцсийн эцэст, Pauli хасах зарчмын дагуу, тэд өөр өөр улс эзэлж байх ёстой. Хатуу Band онол дараах аргыг санал болгодог - электрон тойрог замыг янз бүрийн энерги болдог. тэдгээрийн хоорондын ялгаа нь, тэд дарагдсан байна гэж маш жижиг маш нягт тасралтгүй бүсийг бий болгох бие биенээ дээр налуу. Тиймээс атомын дахь электроны түвшин тус бүр задгай болор нь бүс болгон хувиргасан байна. Хатуу хамтлаг онолын элементүүд тусгаарлагч ба дамжуулагчийн хоорондох ялгааг тайлбарлах нь тусалж чадна.

бүсийн хүрээнд Цахим

Бид аль хэдийн электроны нь атом ижил тойрог, болор үүсэхээс эзэлж маш их болж байгаа юу хэлэлцсэн байна. Харин бүс дотор нь тэдний зан төлөв нь бид unlit орхисон хүртэл. Энэ нь металлын болон төрийн бус металлын ялгааг тодорхойлдог, учир нь энэ нь аль хэдийн чухал хуваалц. Дээр дурьдсанчлан, бодис хамтлаг онол бие даасан атомын хамтлагийн дотор эрчим хүчний түвшин нь өөр өөр тойрог замыг бараг л тасралтгүй долгионыг үүсгэнэ болохоор бага зэрэг ялгаатай байгааг харуулж байна. Иймээс электрон хооронд гарч болзошгүй саадыг даван туулах хэцүү биш юм - энэ нь чөлөөтэй тэднийг хөдөлгөдөг энэ нь хангалттай байсан ч дулааны юм. Гэсэн хэдий ч, зөвшөөрөгдсөн хамтлагийн бүр өөрийн хязгаарыг байна. бусдаас илүү их эсвэл бага байх нь эрчим хүчний түвшин үргэлж байдаг.

Валентын хориглоно, дамжуулах

Эдгээр бүсийн хооронд эрчим хүч, гэдэг нь электрон байж болох ямар ч түвшинд байдаг талбайтай байна. график, энэ нь цагаан ялгаа гэж байна. Тэр хамтлаг ялгаа гэж нэрлэдэг. Энэ саад бэрхшээл электрон чадах цорын ганц огцом татаж даван туулах хэрэгтэй. Тиймээс тэр энэ эрчим хүчний зохистой хүлээн авах ёстой. дамжуулах - хамгийн их энерги бүс, атомын энэ төрлийн электроны оршин зөвшөөрөгдсөн валентын хамтлаг гэж нэрлэдэг бөгөөд энэ нь дараах.

металл диэлектрик

Хатуу явуулах хамтлаг онол явуулах хамтлагийн электронуудын байгаа эсэхийг энэ нь одоогийн агуулгад хэрхэн амархан урсдаг харуулж байна гэж арчилж байдаг. Тиймээс янз бүрийн металл, dielectrics. Эхний тохиолдолд, явуулах хамтлаг аль хэдийн электрон, тархалтыг давхцаж оноос хойш агуулдаг. А гэдэг нь сөрөг хэсгүүд нь ямар ч нэмэлт эрчим хүчний оролцоогүйгээр, цахилгаан соронзон талбайн үйл ажиллагааны хүрээнд шилжих эрхтэй. даруй зэрэг салбарт нэн даруй - Тиймээс, метал цахилгаан гүйдэл маш хялбар, үнэн хэрэгтээ байна. Мөн дээрх шалтгаанаар, утас ган, зэс, хөнгөн цагаанаар хийсэн байна.

Материал Тухайн валентын болон явуулах хамтлагууд нь эрчим хүчний нэртэй dielectrics тусгаарлагдсан. Эдгээр электронууд зөвшөөрөгдсөн доод түвшинд зууж байна. Band ялгаа нь тэд чөлөөтэй нүүж болох нь түвшнээс сөрөг хэсгүүд тусгаарладаг. Тэгээд электрон мэдэгдэх ёстой эрчим хүч, түүнийг даван туулах материалыг устгах. Эсвэл танигдахын аргагүй түүний шинж чанарыг өөрчлөх. Тиймээс хуванцар ороосон утас хайлж, түлэгдсэн ч, цахилгаан эрчим хүч явуулах биш юм.

хагас дамжуулагч

Гэхдээ тэнд bandgap байна материалыг завсрын зэрэг тодорхой нөхцөлд цахилгаан гүйдэл хийх чадвартай юм, гэхдээ. Тэд гэж нэрлэдэг - хагас дамжуулагч. диэлектрик нэгэн адил, тэд дамжуулалт болон тархалтыг хооронд эрчим хүчний ялгаа байна. Гэсэн хэдий ч, энэ нь зарим хүчин чармайлт нь бага, даван туулах юм. Сонгодог хагас дамжуулагч (- Silicium латинаар) цахиурын юм. алдарт Silicon Valley энэ бодисын талст ашиглах үндсэн дээр технологийн электрон төхөөрөмжүүдийг бий болгох явдал юм алдартай юм.