Электроны проводимости I 18. См. также

При рассмотрении полной величины восприимчивости уже упоминалось, что электроны проводимости также обладают диамагнетизмом. В самом деле, орбитальное движение заряженной частицы в магнитном поле всегда приводит к диамагнетизму, так как, согласно закону Ленца, движение частицы создает поле, стремящееся уменьшить начальное поле. Попытка вычислить диамагнитную восприимчивость электронов проводимости на основе классической теории приводит к абсурдным результатам. Например, если мы, приравняв силу Лоренца центробежной силе, вычислим радиус орбиты и затем воспользуемся классическим выражением для магнитного момента, создаваемого замкнутым проводником с током, [c.101]

Электроны проводимости также вносят некоторый вклад в теплоемкость. В предыдущей главе говорилось, почему зонная модель лучше, чем модель свободных электронов, объясняет снижение теплоемкости с понижением температуры. При очень низких температурах электронная теплоемкость меняется пропорционально температуре, поэтому выражение для полной теплоемкости имеет такой вид [c.84]

Для практической термометрии интерес представляют переходные металлы, имеющие частично заполненные -уровни, а также з-уровни (символы з и соответствуют значениям орбитального квантового числа О и 2 см. [6]). Поскольку -электроны более локализованы, чем з-электроны, проводимость обусловлена главным образом последними. Однако вероятность рассеяния 3-электронов в -зону велика, поскольку плотность -состояний вблизи уровня Ферми высока (рис. 5.5), поэтому удельное сопротивление переходных металлов выще, чем у непереходных. Наличие -зоны влияет также на характер температурной зависимости. При высоких температурах величина кТ может быть уже не пренебрежимо мала по сравнению с расстоянием от уровня Ферми до верхней или нижней границы -зоны. Предположение, что поверхность Ферми четко разделяет занятые и незанятые состояния, перестает быть верным, и для параболической -зоны в формулу удельного сопротивления вводится поправочный коэффициент (1—5Р), где В — постоянная. Однако плотность состояний в -зоне вовсе не является гладкой функцией энергии (рис. 5.5), поэтому эффект будет осложнен изменением плотности состояний в пределах кТ от уровня Ферми. Отклонение температурной зависимости от линейной может быть как положительным, так и отрицательным. [c.194]

В заключение отметим, что создание мощных источников света лазеров — привело к принципиально новым выводам также и при исследовании отражения света от металлической поверхности. В 1965 г. группа ученых сообщила о генерации электронами проводимости второй гармоники падающего света при отражении света мощного импульсного лазера от серебряного зеркала. Было установлено, что образование второй гармоники происходит именно на поверхности серебра при отражении света от нее. Таким образом, при распространении мощного потока света на границе раздела диэлектрик—металл может происходить изменение (удвоение) частоты отраженного от металла света, [c.66]

Полупроводниковые (кристаллические) счетчики. К разряду ионизационных счетчиков относятся также и полупроводниковые счетчики, которые в литературе часто называются кристаллическими. Принцип работы полупроводникового счетчика такой же, как и ионизационного. В кристаллическом счетчике пролетающая частица порождает электроны проводимости и дырки в полупроводнике. [c.42]

При вычислении диамагнитной восприимчивости (10.13) предполагалось, что в твердом теле все электроны связаны со своими атомами. Это, очевидно, справедливо для диэлектриков. Однако в металлах, а также в полупроводниках при высоких температурах имеются электроны проводимости. Электронный газ также проявляет магнитную активность. Поэтому при вычислении магнитной восприимчивости твердых тел, имеющих электроны проводимости, наряду с восприимчивостью атомных остовов следует учесть магнитную восприимчивость электронного газа. Вопрос о поведении электронов проводимости в магнитном поле мы обсудим позже, а сейчас перейдем к обсуждению природы парамагнетизма. [c.324]

Можно ожидать, что выражение (17.1) лучше всего соответствует идеализированному одновалентному металлу, электроны проводимости которого могут рассматриваться как свободные, так что их энергия выражается простым равенством Считается, что колебания решетки такого металла удовлетворительно описываются моделью Дебая (т. е. дисперсия во внимание не принимается). Рассеяние электронов проводимости на колебаниях решетки также сильно упрош ено. Теория рассеяния развита в предположении, что статическое взаимодействие электрон—пои точно определено и поэтому обш ее рассеяние зависит только от смеш ения иона. В согласии с этим далее предполагается, что взаимодействие имеет место лишь вблизи центра иона. В остальной части атомного объема электроны проводимости рассматриваются как совершенно свободные. По существу это соответствует почти полному экранированию заряда иона другими электронами проводимости металла. [c.188]

При выводе выражения (17.1) использованы также некоторые"другие приближения как физического, так и математического характера, но они менее суш ественны, чем уже упомянутые. Вильсон [11 (стр. 254) отмечает Выражение для AF (т. е. для изменения потенциальной энергии при смещении иона), несомненно, является не вполне точным, поскольку ионы должны до некоторой степени деформироваться... возможно, что грубый характер приближения, сделанного при рассмотрении взаимодействий между электронами проводимости и колебаниями решетки, является причиной того, что эта теория не в состоянии объяснить сверхпроводимость. Хотя вероятно, что для объяснения явления сверхпроводимости необходимо привлечь некоторые новые физические принципы, все же вполне возможно, что существующие трудности имеют скорее математический, чем физический, характер. Так же как тщательный анализ уравнения состояния газа приводит к выводу о возможности существования жидкой фазы, более точное математическое толкование проблемы взаимодействия приведет и к объяснению сверхпроводимости... необходима более совершенная и более общая теория взаимодействия между электронами и решеткой ). [c.188]

Если попытаться произвести разделение при более высоких температурах, то необходимо учесть которым уже нельзя пренебрегать в этом случае W может быть получено по (22.2), если известны или Wq. Очевидно, не может быть получено из измерений теплопроводности одного и того же образца, так как и не могут быть разделены поэтому относительно W должны быть сделаны какие-то предположения. Можно считать TF, имеющим тот же порядок, что и в исходных чистых металлах, у которых W мало и где возможны прямые измерения. Но здесь имеются две трудности во-первых, Wi зависит от Wq и, как следует из п. 14, изменяется в 1,5 раза при изменении Wq от Wq W до Wq > Wi, а, во-вторых, при увеличении Wq введением добавок электронная структура, а возможно, и свойства решетки изменяются так, что нарушаются все свойства электронной проводимости, включая, конечно, и W . Эти трудности обсуждаются также в работе [119]. [c.289]

Магнитное расщепление ядерных уровней, вызванное сверхтонким взаимодействием дипольного магнитного момента ядра ц с магнитным полем на ядре Ип, которое создается электронами собственного атома и магнитными моментами соседних атомов, а также поляризованными электронами проводимости [3—6]. [c.1055]

Естественные полупроводники наряду с обычной (электронной) проводимостью обладают также и дырочной проводимое гью. [c.342]

Коэффициент оптического поглощения пленок а-51 Н при большей энергии фотонов резко возрастает, так как эта энергия становится сравнимой с шириной запрещенной зоны материала. Следовательно, энергии оказывается достаточно для перевода электронов из валентной зоны в зону проводимости. Такой перевод электронов означает также увеличение концентрации как свободных электронов в зоне проводимости, так и д1.фок в валентной зоне, что ведет, как известно, к росту электропроводности материала. [c.19]

Неорганические стекла обладают во многих случаях полупроводниковыми свойствами. Теория аморфных полупроводников указывает, что при плавлении кристаллов нарушается только- дальний порядок симметрии, ближний же порядок сохраняется. Энергетический спектр стеклообразного полупроводника состоит также из зон, как и у кристаллического, но из-за разупорядоченного строения происходит расширение валентной и свободной зон и сужение запрещенной зоны. В отличие от обычных стекол с преобладанием ионной проводимости стеклообразные полупроводники обладают чисто электронной проводимостью. [c.192]

В модели, учитывающей электронное строение кристалла, энергия взаимодействия дефектов определяется взаимодействием соответствующих дефектам электрических зарядов, а также изменением энергии газа электронов проводимости решетки ионов при сближении дефектов от бесконечно большого до данного расстояния, [c.120]

Участки металла, покрытые полимерной пленкой, также активны по отношению к катодному процессу, однако электронная проводимость пленок исключается допускается, что пленки хорошо пропускают кислород и воду, и катодный процесс развивается на границе раздела металл — лакокрасочное покрытие. Иными словами, катодный процесс протекает под пленкой, а анодный — в порах. И в этом случае активно действующий катод с большой поверхностью будет способствовать созданию в порах больших плотностей тока, которые вызовут заметную анодную поляризацию и смещение стационарного потенциала в сторону положительных значений. [c.105]

Электронная составляющая проводимости играет основное значение в тех случаях, когда ионы имеют малые размеры и являются относительно недеформируемыми. Электронная составляющая проницаемости также доминирует, когда в материале имеется избыток электронов проводимости, как, например, у кремния или германия. Многочисленные полимеры, применяемые в микроэлектронике, имеют электронную составляющую проводимости. [c.453]

Это соотношение отличается от закона Видемана — Франца, описывающего электронную проводимость в металлах. В графите перенос тепловой энергии примерно на 99% происходит за счет колебаний кристаллической решетки, а электронная проводимость мала. Это положение подтверждается также тем, что добавка в графит бора изменяет его электрические свойства в широких пределах без заметного воздействия на теплопроводность. [c.169]

Как уже упоминалось, чистое золото обладает слабым диамагнетизмом на каждый атом имеется один электрон проводимости, а ионы Аи+ с четным числом электронов не имеют магнитного момента. В твердых сплавах Pd-Au при содержании около 50% (атомн.) Pd магнетизм изменяется лишь в слабой степени. Отсюда можно заключить, что атомы палладия в сплаве не имеют магнитного момента, т. е. что они присутствуют, вероятнее всего, как нейтральные атомы с четным числом электронов. Если электроны проводимости поставляются тс лько золотом, то их концентрация должна уменьшаться по мере замещения золота палладием. При 50% (атомн.) Pd концентрация электронов проводимости достигает примерно 0,5 на атом. Установлено, что при дальнейшем увеличении содержания палладия магнитная восприимчивость быстро возрастает, поскольку ионы Pd+ с нечетным числом электронов и соответствующим магнитным моментом замещают ионы Аи+ при этом концентрация электронов проводимости сохраняется приблизительно постоянной. Аналогичные явления имеют место в системах Ag — Pd и Си — Pd, а также в сплавах Pt с Си, Ag и Аи [386, 387, 260]. [c.10]

В карбидах, нитридах и окислах с дефицитом по углероду (например, в Tii x) избыточные электроны проводимости также образуют дополнительные металлические связи между атомами в металлической подрешетке, но вследствие еще более низкой концентрации электронов в дефектных соединениях металлические связи еще слабее. [c.93]

Иарамагиетизм металлов и полупроподнпков. Наличие в металлах электронов проводимости, имеющих собственный магнитный (спиновый) момент, равный 1[Хд, обусловливает парамагнитные свойства металлов (Паули парамагнетизм) во внешнем ноле происходит ориентация спиновых моментов свободных электронов в направлении поля. В металлах, у к-рых коп-дентрация электроиов проводимости сравнима с числом атомов и ио зависит от Т, П. электронов проводимости также не зависит (или слабо зависит) от Т. [c.585]

Излучение в видимой и ближней ультрафиолетовой областях спектра проникает в металл на глубину всего м. Средняя глубина выхода фотоэлектронов для металлов оказывается еще меньше (l-f-5) 10 м. Потери энергии фотоэлектрона в металле обусловлены прежде всего его столкновениями с электронами проводимости. Чем больше энергия фотоэлектрона (а значит, и энергия фотона), тем больше вероятность электрон-электронного столкновения и больше средняя потеря энергии фотоэлектрона при каждом столкновении. Поэтому наблюдается уменьшение Я с ростом энергии фотона. Например, в барии при повышении энергии фотона от 3 до 5 эВ происходит уменьшение Я с 5 -10 до 2-10 м. Заметную роль в металлах играют также элек-грон-фононные столкновения. [c.170]

Изготовление образцов щелочных металлов. В теории предполагается, что одновалентные щелочные металлы первой группы (литий, натри11, калий, рубидий, цезий) наиболее соответствуют идеализированной модели металла с почти свободнылш электронами проводимости, слабо взаимодействующими с ионной решеткой. Подгруппу благородных металлов первой группы (медь, серебро, золото), которые также относятся к одновалентным в твердом состоянии, обычно считают несколько менее пригодной для сравнения с теорией. В связи с этим мы опишем способы приготовления образцов щелочных металлов, с которыми трудно работать вследствие их высокой химической активности. [c.182]

Данные, приведенные в табл. 5, показывают, что среди щелочных металлов особое положение занимает натрий, у которого отношенне наблюдаемого сопротивления к вычисленному имеет самое низкое значение. (Калий находится на втором месте, но очень близок к натрию.) Этот результат можно рассматривать как доказательство того, что у натрия относительная энергия взаимодействия имеет минимальное значение. По-видимому, он свидетельствует также о том, что натрий лучше всех других металлов соответствует идеализированной модели свободных электронов . Бардин [97, 98] несколько улучшил модель рассеяния и показал, что результаты исследования натрия хорошо согласуются с развитой им теорией. Данные, относяш иеся к калию, находятся в удовлетворительном согласии с теорией, в то время как рубидий и цезий обладают сопротивлением, которое значительно превосходит теоретическое значение. Бардин учел тот факт, что когда поны смеш ены из своих положений равновесия упругими волнами, распространяющимися в решетке, то они создают при этом возмущенное распределение зарядов, которое в свою очередь вызывает рассеяние электронов проводимости aMif электроны проводимости имеют тенденцию группироваться таким образом, чтобы компенсировать нарушенное распределение зарядов. Это явление можно назвать динамическим экранированием. Конечно, и в статических условиях электроны имеют тенденцию экранировать заряды ионов, а с этой точки зрения модель Блоха соответствует но существу почти полному экранированию зарядов ионов. Действительно, ири полном отсутствии экранирования иона, рассматриваемого как точечный заряд, потенциальная энергия электрона вблизи него была бы равна—е 1г при наличии экранирования потенциальная энергия электрона убывает с расстоянием быстрее, а именно по закону—(е //-)й [48,37] (стр. 86). В модели Блоха подразумеваетс>], что ири этом получается формула (17.1). Из приближенной теории [c.195]

Взаимодействие электрона с решеткой сказывается не только на величине теплоемкости Се (путем введения г), но также и на величине теплоемкости решетки, поскольку электроны проводимости вносят дополнительный вклад в силы сцепления между атомами и, следовательно, влияют на величину упругих постоянных репгеткп. Этот эффект рассматривал де-Лонэ [43] для двух предельных случаев взаимодействия, а именно когда электроны полностью участвуют в тепловых колебаниях решетки и когда они почти не увлекаются ею. В обоих случаях де-Лонэ получил выражения для вц, которые уточняют зависимость этого параметра от упругих постоянных [см. (5.9)]. [c.326]

В связи с тем что механизм электропроводности в металлах как в твердом, так и в жидком состоянии обусловлен направленным движением свободных электронов под воздействием электрического поля, их принято называть проводниками с электронной проводимостью или проводниками первого рода. В проводниках второго рода или электролитах, к которым относятся растворы, в том числе и водные, кислот, щелочей и солей, прохождение тока связано с переносом вместе с электрическими зарядами ионов вещества в соответствии с законами Фарадея. При этом состав электролита постепенно изменяется и на электродах выделяются продукты элек- Ион тролиза. Следует отметить, что ионные кристаллы в расплавлен-ном состоянии также являются проводниками второго рода. [c.113]

Электрический пробой, в процессе которого диэлектрик разрушается силами, действующими в электрическом поле на электрические заряды его атомов, ионов или молекул. Этот вид пробоя протекает в течение 10 — 10 с, т. е. практически мгновенно. Ом вызывается ударной ионизацией электронами. На длине свободного пробега К электрон в электрическом поле приобретает энергию W еЕк, где е заряд электрона. Если энергия электрона достаточна для ионизации, то электрон при соударении с атомами, ионами или молекулами, из которых состоит диэлектрик, ионизирует их. В результате появляются новые электроны, которые также ускоряются электрическим полем до энергии WТаким образом, количество свободных электронов лавинно возрастает, что приводит к резкому повышению проводимости и электрическому пробою. Плотность жидких и твердых диэлектриков больше плотности газообразных, а поэтому д ина свободного пробега электронов в них меньше. Для того чтобы электрон приобрел энергию W, ,, в жидком и твердом диэлектриках нужна большая напряженность электри- [c.169]

Удельное электросопротивление германия весьма высокой чистоты достигает 0,6 ом Незначительные количества примесей влияют на тип проводимости германия и понижают его электросопротивление. К примесям, создающим электронную проводимость германия, относятся, например, мышьяк, сурьма, фосфор (донорные прпмеси). Примеси бора, алюминия, галлия, индия (акцепторные примеси) обусловливают проводимость дырочного типа. Термическая обработка также сильно влияет на электрические свойства германия, в частности на тип проводимости (фиг. 86). [c.527]

Карбидами называют соединения углерода с другими элементами. Широкое применение имеет карбид кремния Si —карборунд—ио-ликристаллический полупроводник. Карборунд получают в электрических печах при температуре 2000° С из смеси двуокиси кремния SiOa и угля. Кристаллы карборунда гексагональной структуры в чистом виде бесцветны, но благодаря примесям технический материал имеет светло-серую или зеленоватую окраску. При нормальных условиях энергия запрещенной зоны = 2,86 эв. Характер электропроводности определяется составом примесей или отклонением от стехио-метрического состава Si . Электронная проводимость получается при избытке Si, а также при наличии примесей из V группы — фосфора, мышьяка, сурьмы, висмута или азота. Дырочная проводимость достигается при избытке С и наличии примесей элементов II группы (Са, Mg) и III группы (А1, In, Ga, В). При введении примесей изменяется также окраска карборунда. Подвижность носителей низкая гг = = 100 см 1в-сек. Up = 20 см /в-сек. Порошкообразный карборунд применяют для изготовления нагревателей электрических печей с температурой до 1500° С. Кроме того, из него изготовляют нелинейные объемные резисторы — варисторы, в которых значение R падает с ростом приложенного напряжения (рис. 14.2). Нелинейность таких резисторов резко вырастает при одновременном введении небольших примесей алюминия (IM группа) и азота (V группа), вблизи точки перехода [c.188]

Полупроводники этой группы представляют собой соединения селена и теллура с некоторыми другими металлами (см. 14.7). При избытке металла (РЬ, Hg, Bi, d) по отношению к стехиометрической формуле получается электронная проводимость, при избытке селена или теллура — дырочная. В качестве легирующих присадок используются также некоторые соединения. Все эти проводники нмеют низкую энергию запрещенной зоны порядка ГО" эв, кроме dTe с W = 1,5 эв. Главной областью применения полупроводников этой группы являются термоэлектрические генераторы и холодильники, где важной характеристикой служит эффективность [c.191]

Возникло новое направление теории дефектов — моделирование их на быстроде11ствующих ЭВМ ). Идея этого метода заключается в том, что рассматривается небольшая область кристалла — некоторый кристаллит, содержащий обычно от 500 до 5000 атомов. Предполагается, что атомы взаимодействуют между собой и машине задается зависимость потенциала межатомного взаимодействия от расстояния между ними. Обычно для этого выбирается экранированный кулоновский потенциал, потенциал Борна — Майера, Морзе, а также различные их комбинации. Для учета обусловленных электронами проводимости сил связи может быть задано эквивалентное давление на поверхность кристаллита. Таким образом, в этом методе хотя и принимаются во внимание, но явно не рассматриваются изменения в электронной подсистеме при появлении дефекта. Кроме того, следует учесть, что рассматриваемый кристаллит находится в бесконечном кристалле с такой же структурой. Это приводит к необходимости введения дополнительных сил, имитирующих действие окружающего кристалла, или к замене его упругой средой, в которую погружены атомы этой наружной области. [c.89]

В такой простой модели не учтывается ряд возмолшых уточнений. К ним относятся учет взаимодействия между смещенными зарядами вокруг рассматриваемых дефектов, изменение кинетической энергии газа электронов проводимости ирн сближении дефектов на данное расстояние, неточечпость дефектов, а также поправки, связанные с использованием п линеаризацией уравнения Томаса — Ферми ). [c.121]

Изменение структуры поверхностных слоев, например переход гидрата Zn(0H)2 в окись цинка ZnO, имеющую электронную проводимость, является причиной повышения потенциала с повышением температуры, что наблюдается в кислородсодержащих пресных водах. В таких водах стационарный потенциал цинка при температурах, превышающих примерно 55—60 С, может стать положительнее защитного потенциала железа [12, 13]. Этот процесс, называемый также обращением потенциала, поддерживается железом как легирующим элементом. В этом случае даже в холодных водах происходит заметное повышение потенциала [14]. Вследствие обращения потенциала воз1йожна, например на судовых двигателях с замкнутым циклом водяного охлаждения, местная коррозия блока двигателя в области цинковых протекторов, что обусловливается образованием коррозионного элемента, в котором цинк является катодом. [c.182]

Это общее утверждение впрочем не означает, что сплавы со сте-хиометрической потерей материала от коррозии совершенно непригодны для изготовления заземлителей на станциях катодной защиты. Иногда в качестве материала для анодных заземлителей применяют даже железный лом кроме того, при электролитической обработке воды используют алюминиевые аноды (см. раздел 21.3). Цинковые сплавы находят применение как материал для анодов лри электролитическом травлении для удаления ржавчины, чтобы предотвратить образование гремучего хлорного газа на аноде. Для внутренней защиты резервуаров при очень низкой электропроводности содержащейся в них воды на магниевые протекторы иногда накладывают ток от внешнего источника с целью увеличить токоотдачу (в амперах) (см. раздел 21.1). По так называемому способу Кателько наряду с алюминиевыми анодами (протекторами) намеренно устанавливают медные, чтобы наряду с защитой от коррозии обеспечить также и предотвращение обрастания благодаря внедрению токсичных соединений меди в поверхностный слой. Впрочем, все такие области применения являются сугубо специальными. На практике число материалов, пригодных для изготовления анодных заземлителей, сравнительно ограничено. В основном могут применяться следующие материалы графит, магнетит, ферросилид с различными добавками, сплавы свинца с серебром, а также так называемые вентильные металлы с покрытиями из благородных металлов, например платины. Вентильными называют металлы с пассивными поверхностными слоями, не имеющими электронной проводимости и сохраняющими стойкость даже при очень положительных потенциалах, например титан, ниобий, тантал и вольфрам. [c.198]

Электростатическая ионизация. В полях высокой напряженности, возможен переход электронов из валентной зоны в зону проводимости также путем туннельного просачивания их через запрещенную зону. Этот эффект называется эффектом Зинера или электростати-ческой ионизацией. Вероятность просачивания электронов, а следовательно, н плотность туннельного тока резко увеличиваются с ростом напряженности поля и уменьшаются с увеличением ширины запрещенной зоны. Более подробно этот эффект будет рассмотрен на примере туннельного пробоя р—п-перехода. [c.196]

Если щелочные металлы образуют сплавы с Си, Ag или Аи, то сохраняется электронная концентрация, равная одному электрону на атом. Вероятность нахождения электронов проводимости в сравнительно глубоких потенциальных ямах Си+, Ag+ или Аи+ при этом достаточно велика. Так как при образовании сплавов щелочных металлов с Си, Ag или Аи их объем по сравнению с суммой объемов чистых металлов заметно уменьшается [17], то следует считать, что средняя электронная плотность вблизи ионов Си+, Ag+ или Аи+ превышает один электрон проводимости на каждый ион. Это означает, что в дополнение к электронам проводимости, поставляемым благородными металлами, электроны щелочных металлов, с некоторой вероятностью, также находятся в потенциальных ямах ионов благородных металлов. Переход электронов к потенциальным ямам благородных ионов является, по-видимому, главной причиной освобождения энергии при образовании сплавов щелочных металлов с благородными. Согласно Паулингу [279] этот вопрос тесно связан с электроотрицательностью , т. е. способностью атома притягивать к себе электроны. [c.10]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...