11.18
Teoria pasm jest podobna do teorii orbitali molekularnych i zapewnia model zachowania elektronów w ciałach stałych.
Przypomnij sobie, że kiedy dwa lub więcej atomów łączy się, aby stać się cząsteczką, ich orbitale atomowe nakładają się na siebie, tworząc orbitale molekularne o dyskretnych poziomach energii. Wraz ze wzrostem liczby atomów w cząsteczce rośnie liczba orbitali molekularnych.
Ciała stałe zazwyczaj mają niezwykle dużą liczbę atomów, więc całe ciało stałe byłoby reprezentowane przez niezwykle dużą liczbę blisko rozmieszczonych orbitali molekularnych. W rezultacie, grupy orbitali molekularnych będą tak blisko siebie, że można je traktować jako ciągłe zakresy lub pasma energii, które mogą zajmować elektrony.
Podobnie jak orbitale molekularne, pasma te są oddzielone przerwami energetycznymi. Jeśli przerwy są zbyt szerokie, elektrony nie mogą ich przekroczyć.
W przewodnikach takich jak miedź elektrony walencyjne znajdują się w paśmie, który ma również wiele pustych orbitali. Elektrony walencyjne mogą łatwo przemieszczać się między orbitalami, umożliwiając swobodny przepływ elektronów przez ciało stałe. Te ruchome elektrony są odpowiedzialne za dobrą przewodność elektryczną ciała stałego.
Modele półprzewodników i izolatorów uwzględniają dwa pasma: pasmo walencyjne, które jest pasmem o najwyższej energii, które zawiera elektrony w stanie podstawowym, oraz pasmo przewodnictwa, które jest pasmem tuż nad pasmem walencyjnym.
Pasmo walencyjne ma niewiele lub nie ma ich wcale, co ogranicza zdolność elektronów walencyjnych do poruszania się przez ciało stałe, jeśli nie mogą dotrzeć do pustych orbitali pasma przewodnictwa.
Jest to zachowanie obserwowane w izolatorach, takich jak szkło, które mają dużą przerwę energetyczną lub przerwę energetyczną między pasmami walencyjnymi i przewodzącymi. Izolatory wykazują zatem słabą przewodność elektryczną.
Jeśli przerwa energetyczna jest mała, elektrony walencyjne mogą być wzbudzane do pasma przewodnictwa i swobodnie przemieszczać się między pustymi orbitalami. Puste orbitale, które pozostawiają wzbudzone elektrony, ułatwiają również elektronom poruszanie się w paśmie walencyjnym.
Jest to zachowanie obserwowane w półprzewodnikach, takich jak krzem, które są mniej przewodzące niż metale, ale bardziej przewodzące niż izolatory.
Kiedy dwa lub więcej atomów łączy się, tworząc cząsteczkę, ich orbitale atomowe łączą się i powstają orbitale molekularne o różnych energiach. W ciele…
Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone.