Мегаобучалка Главная | О нас | Обратная связь  


Образование энергетических зон в кристалле




МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Технологический институт

Кафедра физики, методов контроля и диагностики

 

ФИЗИКА ТВЁРДОГО ТЕЛА, часть 1

Методические указания

К лабораторным работам по дисциплине «Физика»

 

(лабораторные работы №№ 7-1 ¸ 7-2)

 

для студентов технических направлений подготовки

очной и заочной форм обучения

 

 

 

Тюмень


Утверждено редакционно-издательским советом

Тюменского государственного нефтегазового университета

 

Поставили лабораторные работы и составили методические указания преподаватели кафедры ФМД Тюменского государственного нефтегазового университета:

 

теоретическое введение - Т.Н.Строганова, к.ф-м.н., доцент,
лабораторную работу № 7-1 - О.С. Агеева, к.т.н., доцент В.А. Антипьева, к.х.н., доцент В.Ф.Новиков, д.ф-м.н., профессор,
лабораторную работу № 7-2 - О.С. Агеева, к.т.н., доцент,

 

Редакторы: О.С.Агеева, Т.Н.Строганова



 

Тюменский государственный нефтегазовый университет, 2012

 

Теоретическое введение к лабораторным работам по физике твёрдого тела

Образование энергетических зон в кристалле

Согласно квантовой механике энергетический спектр изолированного атома представляет собой систему узких уровней энергии (рис.1)

 
Рис.1. Энергетические уровни изолированного атома   Рис.2. Образование энергетических зон в кристалле - расстояние между атомами - период кристаллической решётки

 

Вследствие электромагнитного взаимодействия между N атомами кристаллической решётки верхние энергетические уровни электронов расщепляются, образуя энергетические зоны порядка электрон-вольта. Внутри расположены N энергетических уровней, на которых могут располагаться по два электрона с антипараллельными спинами. Эти уровни внутри зон часто называют подуровнями. В кристалле размеров 1 см3 содержится приблизительно 1022 атомов, следовательно, расстояние между уровнями внутри зоны порядка 10-22 эВ. Это расстояние столь мало по сравнению с энергией теплового движения (имеющей величину порядка kT»0,025 эВ при комнатной температуре), что зоны можно считать практически непрерывными (рис.3). Поэтому требуется ничтожная энергия, чтобы перевести электрон в пределах зоны с одного уровня на

 
 

соседний свободный уровень.

 

Рис.3. Расположение уровней внутри разрешенной зоны

Таким образом, при объединении атомов в кристалл вместо отдельных энергетических уровней атома образуются зоны разрешённых значений энергии (Р ), состоящие из близко расположенных уровней. Эти зоны разрешённых значений энергии отделены друг от друга запрещёнными интервалами энергии – запрещёнными зонами (З ). Энергия электрона не может принимать значений, лежащих в переделах таких интервалов (рис.2 и 3).

Различные энергетические уровни атома расщепляются в электромагнитном поле кристалла неодинаково. Уровни внутренних электронов, сильно взаимодействующих с ядром испытывают настолько слабое расщепление, что им можно пренебречь. Энергия же взаимодействия внешних электронов с ядром меньше, а влияние поля решётки больше, поэтому наиболее сильное расщепление испытывают уровни внешних валентных электронов.

Так как электрические, оптические и другие свойства кристаллов определяются состояниями валентных электронов, то на энергетических диаграммах принято изображать энергетическую зону валентных электронов и ближайшую к ней свободную зону.




Читайте также:



©2015-2020 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (581)

Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку...

Система поиска информации

Мобильная версия сайта

Удобная навигация

Нет шокирующей рекламы



(0.006 сек.)