Главная  |  Карта сайта  |  Контакты  
 
Главная История науки и техники Ученые Психология, социология, политология Экономика Культурология, философия, религия Юридические науки. Правоведение Наука и техника Физика и механика
 

Основы квантовой теории металлов

01-07-2017

В классической электронной теории проводимости металлов электроны проводимости могут обладать любыми значениями энергии. Согласно квантовой теории энергия электронов в любом кристаллическом теле (в частности, в металле) так же, как и энергия электронов в атоме квантуется. Это означает, что она может принимать лишь дискретные (т.е. разделенные конечными промежутками) значения, называемые уровнями энергии. Дозволенные уровни энергии в кристалле группируются в зоны. Чтобы понять происхождение зон, рассмотрим воображаемый процесс объединения атомов в кристалл. Пусть первоначально имеется N изолированных одинаковых атомов какого-либо вещества. Каждый электрон любого атома обладает одним из разрешенных значений энергии, т.е. занимает один из дозволенных энергетических уровней. В основном, невозбужденном состоянии атома суммарная энергия электронов имеет минимальное возможное значение. Казалось бы, что все электроны должны находиться на самом низком уровне. Однако электроны подчиняются принципу запрета Паули, который гласит, что в любой квантовой системе (атоме, молекуле, кристалле и т. д.) на каждом энергетическом уровне может находиться не более двух электронов, причем спины электронов, занимающих одновременно один и тот же уровень, должны иметь противоположные направления. Следовательно, на самом низком уровне атома может разместиться только два электрона, остальные занимают попарно более высокие уровни.

Пока атомы изолированы друг от друга, они имеют полностью совпадающие схемы энергетических уровней. Заполнение уровней электронами осуществляется в каждом атоме независимо от заполнения аналогичных уровней в других атомах.

По мере сближения атомов между ними возникает всё усиливающееся взаимодействие, которое приводит к изменению положения уровней. Вместо одного одинакового для всех N атомов уровня возникает N очень близких, но не совпадающих уровней. Таким образом, каждый уровень изолированного атома расщепляется в кристалле на N густо расположенных уровней, образующих полосу или зону.

Электроны внешней оболочки атома заполняют ряд энергетических уровней, составляющих валентную зону. Валентные электроны участвуют в электрических и химических процессах. Более низкие энергетические уровни входят в состав других зон, заполненных электронами, но эти зоны не играют роли в явлении электропроводности.

В металлах и полупроводниках существует большое число электронов, находящихся на более высоких энергетических уровнях. Эти уровни составляют зону проводимости. Электроны этой зоны, называемые электронами проводимости, совершают беспорядочное движение внутри тела, переходя от одних атомов к другим. Именно электроны проводимости обеспечивают высокую электропроводность металлов.

У металлов зона проводимости непосредственно примыкает к валентной зоне. Поэтому при нормальной температуре в металлах большое число электронов имеет энергию, достаточную для перехода из валентной зоны в зону проводимости. Практически каждый атом металла отдает в зону проводимости, по крайней мере, один электрон. Таким образом, число электронов проводимости в металлах не меньше числа атомов.


Другие статьи по теме:
 Температурные явления
 Электрический ток в вакууме. Термоэлектронная эмиссия Ламповый диод. Электронно-лучевая трубка
 Квантово-полевая картина мира
 Свойства p-n- перехода. Полупроводниковые диоды. Транзисторы
 Обозначение кубических кристаллографических точечных групп.

Добавить комментарий:

Введите ваше имя:

Комментарий:

http://gkpartner.com/ асбестовый лист купить цены на асбестоцементные листы.


•  Композиторы и ученые превратили генетический код человека в музыкальное произведение
Композиторы и ученые превратили генетический код человека в музыкальное произведение. Об этом сообщили в Королевском медицинском обществе Великобритании.

•  Ученые разработали метод ускорения и замедления роста новых кровеносных сосудов в организме человека
Ученые разработали метод ускорения и замедления роста новых кровеносных сосудов в организме, что может быть использовано для восстановительной медицины и в борьбе с распространением раковых опухолей, сообщается в статье, опубликованной в журнале Nature Medicine.

•  Ученые измерили скорость исчезновения планктона
Ученые установили, что количество морского фитопланктона – микроорганизмов, составляющих основу многих пищевых цепей, – непрерывно сокращается со скоростью около одного процента в год с начала XX века.