Šis raksts stāsta, kas ir cietvielu zonu teorija. Tiek parādīts, kas izraisīja tieši šo materiāla struktūras attēlojumu. Ir norādītas metālu atšķirības no dielektriķiem un pusvadītājiem.
Socket un poga
Cik reizes dienā mēs noklikšķinām uz šķirnespogas? Neviens pat nevar to domāt - šī rīcība ir kļuvusi tik pazīstama. Un cilvēks nedomā, ka tas viss ir iespējams tikai tāpēc, ka elektrotīklu plūsmas metālos ir viegli. Ieslēdziet gaismu, uzvāriet tējkannu, palaidiet veļas mašīnu, nemaz nerunājot par darbībām ar viedtālruņiem, tas nozīmē slēgt ķēdi un ļaut vadītājiem elektroniem strādāt cilvēku vietā. Vadītspējas fenomenam ir daudz skaidrojumu. Visticamāk, ilustratīvākais ir cietvielu grupa.
Atom un tējkannas
Ikvienam, kurš devās uz skolu, ir idejaatomu struktūra. Atgādināt, ka ap pozitīvi uzlādēto smago kodolu (kas sastāv no protoniem un neitroniem) griežas viegli nelieli elektroni. Negatīvo daļiņu skaits precīzi atbilst pozitīvo daļiņu skaitam. Lai neskaitītu lasītājus, stilā "kvantu mehānika" tiks izskaidrots. Katram elektronam ir stingri ierobežota orbītā, kurā tā var rotēt ap kodolu noteiktā ķīmiskā elementā. Savukārt katram atomu veidam ir unikāls šādu orbītu modelis. Tādā veidā spektroskopiskie zinātnieki atšķir bolu no selēna un arsēna no nātrija. Tomēr, papildus tīras vielas, dabā ir neierobežots dažādu kombināciju skaits. Kvantu mehānika (tējkannām, kā tas ir jāatceras) norāda, ka kompleksos savienojumos orbītas krustojas, apvienojas, pārveido, stiept, veidojot savienojumus. To kvalitāte ir atkarīga no veida: kovalentā un jonu stiprāka, piemēram, ūdeņraža, vājāka.
Cietā ķermenī viss ir sarežģītāks.Par paraugu, ko izmanto cieto vielu joslas teorijai, parasti tiek izmantots ideāls kristāls. Tas nozīmē, ka tas ir bezgalīgs un bez grēka - katrs atoms tam piešķirtajā vietā, kopējais lādiņš ir nulle. Kodoli svārstās ap konkrētu līdzsvara stāvokli, bet var teikt, ka elektroni ir bieži. Atkarībā no tā, kā „vienkārši” viens atoms dod kaimiņvalstīm negatīvās daļiņas, iegūst stingru dielektriku struktūru vai metālu elektronu mākoni. Ir vērts piebilst, ka, apsverot pieņēmumu, tiek pieņemts, ka visi elektroni aizņem tiem piešķirto minimālo enerģiju, kas nozīmē, ka ķermenis ir nullei Kelvina. Augstākās temperatūrās gan kodolu, gan elektronu svārstību amplitūda ir spēcīgāka, kas nozīmē, ka pēdējie spēj uzņemt augstākus enerģijas līmeņus. Negatīvo daļiņu sadalījums kļūst „brīvāks”. Dažās problēmās tā ir svarīga, bet temperatūra nav tik svarīga, lai aprakstītu šo parādību kā tādu.
Pauli princips un porteris
Koncepcija par cieto vielu grupas teorijuiegūt tikai tad, ja pamatīgi atceraties, kas ir Pauli princips. Ja mēs iedomājamies, ka elektroni ir cukura maisi, tad, ja ir daudz šo maisu, nosacītais iekrāvējs tos pārklās. Katrs "maiss" ieņem vietu kosmosā. Elektroniem tas nozīmē, ka šajā konkrētajā valstī tikai viens var būt vienā sistēmā. Tas ir Pauli princips. Ņemiet vērā, ka mēs domājam par ideāliem apstākļiem, ti, temperatūra ir nulle Kelvina, un kristāls ir bezgalīgs. Visa sistēma ir vienādos apstākļos: temperatūra, mehāniskā spriedze, defektivitāte ir vienāda visās daļās.
Kristālu elektroniskās zonas
Kristālam ir daudz tāda paša tipa atomi.Viena mola no vielas satur desmit līdz divdesmit trešo pakāpes elementus. Un cik molu uz kilogramu, saka, sāls? Tātad jūs pat varat teikt, ka pat mazākajos kristālos ir neiedomājami daudzi atomi. Katram ķīmiskam elementam ir savs elektronu orbītu modelis, bet ko darīt, ja vienā no tiem ir vairāki no tiem? Galu galā, saskaņā ar Pauli principu, viņiem visiem vajadzētu ieņemt dažādas valstis. Cieto vielu grupa piedāvā šādu izeju: elektronu orbītas iegūst dažādas enerģijas. Tajā pašā laikā atšķirība starp tām ir tik maza, ka tās ir saspiestas, cieši savstarpēji nobīdījušās un veido nepārtrauktu zonu. Tādējādi katrs elektrona līmenis vienā atomā pārvēršas zonā beztaras kristālā. Cietvielu joslas teorijas elementi palīdzēs izskaidrot atšķirību starp dielektriķiem un vadītājiem.
Elektronu zonā
Mēs jau esam apsprieduši, kas notiek ar komplektuelektroni, kas ieņem tādu pašu orbītu atomā, kad veidojas kristāls. Bet viņu uzvedība zonā, kamēr mēs paliekam neapgaismoti. Par to ir svarīgi, jo tas rada atšķirības starp metāliem un nemetāliem. Kā jau iepriekš minēts, cieto vielu grupas teorija norāda, ka zonā dažādu atomu dažādu orbītu enerģijas līmeņi ir tik maz, ka tie veido praktiski nepārtrauktu spektru. Tādējādi elektronam nav grūti pārvarēt potenciālo barjeru starp tiem - tā brīvi pārvietojas pa to, pat ja pietiek ar siltumenerģiju. Tomēr katrai atļautajai zonai ir ierobežojumi. Vienmēr ir augstāks vai zemāks enerģijas līmenis nekā visiem pārējiem.
Valence, aizliegta, vadītspēja
Starp šīm zonām ir enerģijas reģionskurā nav līmeņa, kurā varētu būt elektrons. Diagrammās tas parādās kā balta plaisa. Un to sauc par aizliegtu zonu. Elektrons šo barjeru var pārvarēt tikai ar parautu. Tātad, viņam ir jāsaņem atbilstoša enerģija. Zonu ar augstāko enerģiju, kurā elektronu klātbūtne ir atļauta konkrētam atoma tipam, sauc par valenci, un nākamā ir vadība.
Metāls, dielektrisks
Cietvielu vadītspējas joslu teorijanorāda, ka elektronu klātbūtne vai trūkums vadīšanas joslā parāda, cik viegli strāva plūst noteiktā vielā. Tā atšķiras metāli un dielektriķi. Pirmajā gadījumā vadīšanas josla jau satur elektronus, jo tā pārklājas ar valences joslu. Tas nozīmē, ka negatīvās daļiņas var brīvi pārvietoties elektromagnētiskā lauka ietekmē, bez papildu enerģijas patēriņa. Tāpēc elektriskā strāva metālos rodas tik viegli, faktiski uzreiz, tiklīdz parādās lauks. Tā paša iemesla dēļ vadi ir izgatavoti no tērauda, vara, alumīnija.
Materiāli ar vadīšanas joslu unvalence tiek enerģiski atdalīta viena no otras, ko sauc par dielektrikām. Viņu elektroni ir bloķēti zemākajā atļautajā līmenī. Aizliegtā zona atdala negatīvās daļiņas no līmeņa, kurā tās varētu brīvi pārvietoties. Un enerģija, kas jāpiešķir elektroniem, lai to pārvarētu, iznīcinās materiālu. Vai arī mainiet tā īpašības līdz nepazīšanai. Tāpēc vadu plastmasas apvalks kūst un sadedzina, bet nevada elektrību.
Pusvadītāji
Bet ir starpmateriālu klase,kuriem ir aizliegta zona, bet dažos apstākļos tie spēj vadīt elektrisko strāvu. Tos sauc par pusvadītājiem. Tāpat kā dielektriķiem, tiem ir enerģijas plaisa starp vadīšanas un valences joslām. Tomēr tas ir mazāks un to var pārvarēt ar zināmām pūlēm. Klasiskais pusvadītājs ir silīcijs (latīņu valodā - silīcijs). Slavenā Silīcija ieleja ir slavena ar tehnoloģijām, kuru pamatā ir tieši šīs vielas kristālu izmantošana elektronisko iekārtu izveidošanai.
