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:
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)
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.
Популярное: Как распознать напряжение: Говоря о мышечном напряжении, мы в первую очередь имеем в виду мускулы, прикрепленные к костям ... Генезис конфликтологии как науки в древней Греции: Для уяснения предыстории конфликтологии существенное значение имеет обращение к античной... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (690)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |