Τι είναι μια ζώνη αγωγιμότητας;

Χρησιμοποιείται στην κβαντική μηχανική, ο όρος ζώνη αγωγιμότητας αναφέρεται σε μια περιοχή συνδυασμένων τροχιακών ή σε μια ζώνη, για ηλεκτρόνια σε ένα μόριο.Σε αντίθεση με τη ζώνη σθένους, η ζώνη αγωγιμότητας σπάνια περιέχει ηλεκτρόνια.Σε διεγερμένες καταστάσεις, τα ηλεκτρόνια θα μετακινηθούν στιγμιαία στη ζώνη αγωγιμότητας πριν απελευθερώσουν την ενέργειά τους και θα επιστρέψουν σε χαμηλότερα τροχιακά ηλεκτρονίων.Η κατανόηση της συμπεριφοράς των ηλεκτρονίων όσον αφορά την μπάντα αυτή είναι χρήσιμη για την κατανόηση του τρόπου με τον οποίο συμπεριφέρονται διάφορες ουσίες.Στην κβαντική μηχανική, η έννοια της ζώνης αγωγιμότητας αντιμετωπίζεται στη θεωρία της μπάντας.

Τα άτομα είναι διατεταγμένα με πρωτόνια mdash;θετικά φορτισμένα σωματίδια mdash;και νετρόνια mdash;ουδέτερα σωματίδια mdash;συγκεντρωμένο στο κέντρο.Ηλεκτρόνια mdash;μικροσκοπικά αρνητικά φορτισμένα μόρια mdash;Τραβήξτε το κεντρικό σύμπλεγμα, παρόμοιο με τον τρόπο που οι πλανήτες στο ηλιακό σύστημα περιστρέφονται στον ήλιο.Όπως και οι πλανήτες, τα ηλεκτρόνια έχουν ρυθμίσει τροχιές.Σε αντίθεση με τους πλανήτες, ωστόσο, τα ηλεκτρόνια μπορούν να μετακινηθούν σε διαφορετική τροχιά εάν κερδίσουν αρκετή ενέργεια.

Γενικά, τα ηλεκτρόνια βρίσκονται στα χαμηλότερα τροχιακά ενός ατόμου.Τα ηλεκτρόνια θα γεμίζουν πάντα το χαμηλότερο τροχιακό πρώτα, μετακινώντας μόνο στο επόμενο όταν γεμίζει το πρώτο.Αυτή η φυσική τοποθέτηση ονομάζεται κατάσταση εδάφους του ατόμου.

Τα ηλεκτρόνια σθένους ενός ατόμου, ή εκείνα που συνήθως βρίσκονται στην εξώτατη ζώνη των τροχιών του εδάφους, είναι ικανά να μοιράζονται με άλλα άτομα.Σε ομοιοπολικούς δεσμούς, τα ηλεκτρόνια σθένους πολλαπλών ατόμων μοιράζονται τα τροχιακά τους.Τα αρχικά τροχιακά των ηλεκτρόνων σθένους θολώνουν μαζί, δημιουργώντας μια ζώνη σθένους στο μόριο.

Όταν τα ηλεκτρόνια κερδίζουν ενέργεια ή φτάνουν σε μια διεγερμένη κατάσταση, μπορούν να μετακινηθούν σε υψηλότερα τροχιακά, που βρίσκονται στη ζώνη αγωγιμότητας.Τα ηλεκτρόνια πρέπει να έχουν αρκετή ενέργεια για να μεταβούν σε μια περιοχή μη ηλεκτρονίων ή κενό ζώνης, προκειμένου να φτάσουν στη ζώνη αγωγιμότητας.Δεδομένου ότι τα ηλεκτρόνια τελικά προτιμούν να βρίσκονται σε κατάσταση εδάφους, μία φορά στη ζώνη αγωγιμότητας, απελευθερώνουν ενέργεια με τη μορφή ελαφρών φωτονίων και πέφτουν πίσω στην τροχαία ζώνης σθένους τους.Ο συνολικός χρόνος που ένα ηλεκτρόνιο είναι στη ζώνη αγωγιμότητας είναι μικρότερη από ένα δευτερόλεπτο.

Η ικανότητα των ηλεκτρονίων να φτάσει στη ζώνη αγωγιμότητας καθορίζει την ηλεκτρική αγωγιμότητα ενός αντικειμένου.Οι διαφορετικές ουσίες έχουν διαφορετικά μεγέθη χάσματος ζώνης, επομένως ορισμένες ουσίες απαιτούν λιγότερη ενέργεια για να μεταφέρουν ηλεκτρόνια μεταξύ τροχιακών.Για παράδειγμα, οι αγωγοί έχουν ένα κενό μικρής ζώνης, οπότε τα ηλεκτρόνια δεν απαιτούν μεγάλη ενέργεια για να πηδούν αυτό το ελάχιστο κενό και να φτάσουν στη ζώνη αγωγιμότητας.Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι αγωγοί είναι ιδανικοί για τη διεξαγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.Αντίθετα, οι μονωτήρες έχουν ένα πολύ μεγάλο κενό ζώνης, έτσι απαιτούν σημαντικά περισσότερη ενέργεια για τα ηλεκτρόνια για να κάνουν το άλμα και επομένως να μην διεξάγουν καλά την ηλεκτρική ενέργεια.