ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Теорема Блоха. Одномерная модель кристалла Кронига-Пенни. Проводники и диэлектрики. Естественные полупроводники. Примесные полупроводники Переход металл-металл из "Атомная физика " Структура твердых тел, описание кристаллических решеток и другие аналогичные вопросы достаточно подробно излагаются в курсе молекулярной физики. Там же описаны механические и тепловые свойства твердых тел. В этой книге рассмотрены главным образом электронные свойства твердых тел. Но прежде необходимо проанализировать типы связи атомов и молекул в кристалле, которые обеспечивают устойчивое существование кристаллической решетки. [c.332] Ковалентная связь возникает в результате увеличения плотности электронного облака обобществленных электронов между атомами. [c.333] Водородная связь возникает в результате сильного обобществления электрона атома водорода одним атомом и притяжения ядра атома водорода (протона) другим электроотрицательным атомом. Металлическая связь осуществляется обобществленными электронами, образующими в металле электронный газ. Молекулярная связь осуществляется силами Ван-дер-Ваальса. [c.333] Ковалентная связь. Возникновение ковалентной связи в кристаллах аналогично ее возникновению в атомах (см. 58). Она возникает в резулы ате обобществления электронов между атомами. [c.333] Перекрытие электронных облаков между атомами весьма быстро изменяется при изменении расстояния между ядрами. Это означает, что силы ковалентной связи обычно велики. Поэтому ковалентные кристаллы, как правило, очень твердые и имеют высокие температуры плавления. Типичным ковалентным кристаллом является, например, алмаз. [c.333] Понижение энергии металла в результате погружения положительно заряженных ионов в отрицательный электронный газ с определенным запасом комненсируе затраты энергии на отрыв элекгронов от атомов. Возникающую при этом связь между атомами ме галла называют металлической. [c.334] Концентрация электронов проводимости равна примерно концентрации атомов металла, т. е. на один атом металла приходится примерно один электрон проводимости. Например, на один атом серебра приходится 0,7 электрона меди-0,8 золота-0,9, а у алюминия около двух электронов. У металлов концентрация атомов обычно 10 м . [c.334] Молекулярная связь. Если электроны сильно связаны с атомом, то осуществление какой-либо из перечисленных выше связей оказывается затруднительным. Такая ситуация возможна, например, для инертных газов. Тем не менее при подходящих условиях они могут быть переведены в жидкое и твердое состояние. Ответственные за это силы называют силами Ван-дер-Ваальса. Это очень слабые силы притяжения между флуктуирующими дипольными моментами атомов и молекул, возникающими в результате движения электронов в атомах и молекулах. [c.334] Молекулярная связь играет особенно большую роль в органических кристаллах. Энергия связи молекулярных кристаллов мала, и поэтому температуры плавления и кипения соответствующих веществ низки. [c.335] Формулируются основные положения зонной теории твердых тел и даются количественная оценка важнейших особенносте электронного спектра и общая характеристика электронных состояний. [c.335] Е (в каждом потенциальном барьере). [c.336] Правая часть (66.13) при вещественных к может принимать только значения, заключенные между +1 и — 1. Следовательно, в левой части величина хй может принимать только такие значения, при которых левая часть не выходит из указанных пределов. Это означает, что волновое уравнение имеет решение в виде незатухающих волн только для определенных разрешенных энергетических зон (рис. 101). [c.337] Это утверждение справедливо не только для линейной модели рассмотренного вида, но и для общего случая пространственного кристалла. Следует отметить, что мы стали говорить о расщеплении квантовых состояний , а не энергетических уровней. Это сделано во избежание путаницы. Дело в том, что в данном энергетическом состоянии импульс электрона может иметь два значения, равных по модулю и противоположных по направлению. Поэтому, вообще говоря, часть энергетических уровней расщепившихся квантовых состояний совпадает между собой. [c.338] В N квантовых состояниях зоны может находиться не более 2N электронов. Поэтому в S-зонах может находиться 2N электронов, если N-общее число атомов в кристаллической решетке. Для расчета числа электронов в Р-зонах необходимо принять во внимание, что в изолированном атоме Р-уровень является трижды вырожденным по квантовому числу т, = — 1,0,1. В кристалле вырождение снимается аналогично тому, как происходит снятие вырождения при наличии возмущения (см. 42). Следовательно, максимальное число электронов в Р-зонах равно 2N-3 = 6N (рис. 102). Аналогично анализируются и другие зоны. [c.339] Зоны могут быть полностью заполненными электронами, полностью свободными и частично заполненными. В зависимости от конкретной ситуации твердое тело обладает различными электрическими свойствами. [c.339] Если имеется внешнее электрическое поле, то под действием электрической силы импульс каждого электрона изменяется. Однако нельзя изменить модуль импульса, оставаясь на том же энергетическом уровне. Следовательно, под действием электрического поля возможны переходы с одного энергетического уровня на другой. Одновременно при этих переходах импульсы перераспределяются по направлениям, так что преимущественным направлением движения электронов становится направление, совпадающее с направлением действия электрической силы количество электронов с импульсом против напряженности поля увеличивается, а с импульсом по напряженности поля-уменьшается. [c.339] Вернуться к основной статье