सॉलिडचे क्षेत्र सिद्धांत डमीसाठी क्वांटम यांत्रिकी

हा लेख सिक्सच्या बँड सिद्धांत म्हणजे काय हे वर्णन करतो. हे दाखविले जाते, पदार्थाच्या संरचनेचे नेमके काय प्रतिनिधित्व आहे . Dielectrics आणि अर्धवाहक पासून धातू फरक प्रस्तुत केले जातात.

सॉकेट आणि बटण

आम्ही कित्येक वेळा किती वेळा बटणे वर क्लिक करतो? कोणीही विचार करू शकत नाही मनावर देखील येऊ शकत नाही - ही क्रिया म्हणजे हे परिचित आहे. आणि व्यक्ती असे म्हणत नाही की हे सर्व शक्य आहे कारण धातूमध्ये विद्युतीय प्रवाह किती सहज वाहते. स्मार्टफोन चालू करा, कॅटरल उकळा, वॉशिंग मशिन चालवा, स्मार्टफोन्समधील कृतींचा उल्लेख न करता सर्किट बंद करा आणि लोकांच्या जागी काम करणा-या वाहकांना इलेक्ट्रॉन्सची अनुमती द्या. अशा एखाद्या घटनेसाठी बर्याच स्पष्टीकरणे चालकता म्हणून आहेत. कदाचित सर्वात दृश्यमान हा बँड सिरिअल्स आहे

अणू आणि teapots

शाळेत शिकणार्या प्रत्येकाकडे अणूची संरचना आहे. आम्हाला आठवत रहा, की सकारात्मक चार्ज असलेल्या थर न्यूक्लियस (प्रोटॉन आणि न्यूट्रॉन्सची) भोवती लहान हलके इलेक्ट्रॉन्स फिरवा. नकारात्मक कणांची संख्या सकारात्मक कणांच्या संख्येएवढीच आहे. वाचकांना बोर लावण्याकरता, आम्ही "डमीसाठी क्वांटम मॅकॅनिक्स" च्या शैलीमध्ये स्पष्ट करू. प्रत्येक इलेक्ट्रॉनची एक कडक मर्यादित कक्षा असते ज्याच्या सहाय्याने तो केंद्रबिंदूस एका रासायनिक घटकांमध्ये फिरवू शकतो. त्या बदल्यात, प्रत्येक प्रकारच्या अणूंचा अशा कक्षांचा अनोखा नमूना असतो. असे शास्त्रज्ञ-स्पेक्ट्रोस्कोपिस्ट बोरॉन सेलेनियम व आर्सेनिकपासून सोडियमपासून वेगळा करतात. तथापि, शुद्ध पदार्थांव्यतिरिक्त, निसर्गात विविध जोड्या असंख्य प्रमाणात आहेत. क्वांटम यांत्रिकी (डमीसाठी, रीडरला काय लक्षात ठेवावे) असे सांगते की जटिल संयुगे ओर्बिटसमध्ये एकमेकांना छेदतात, विलीन होतात, रूपांतर करतात, ताणतात, कनेक्शन तयार करतात. त्यांची गुणवत्ता यावर अवलंबून आहे: सहसंवादी आणि आयोनिक मजबूत, हायड्रोजन, उदाहरणार्थ, कमकुवत.

क्रिस्टल स्ट्रक्चर

एक घन शरीरात, गोष्टी अधिक क्लिष्ट आहेत. सॉलिडचा बँड सिद्धांत वापरणारे मॉडेलसाठी, एक आदर्श क्रिस्टल साधारणपणे घेतले जाते. याचा अर्थ असा की तो असीम आणि पाप रहित आहे - प्रत्येक अणूला त्या जागेत स्थान दिले जाते, एकूण शुल्क शून्य असते. केंद्रबिंदू एका विशिष्ट समतोल स्थितीमध्ये चढउत असते, परंतु एखादा असे म्हणू शकतो की, सामान्य आहेत. कसे "फक्त" एक परमाणु त्याच्या नकारात्मक कण शेजारील व्यक्तींना देते, यावर अवलंबून असतो की ढोबळ वांटणी किंवा धातूचे इलेक्ट्रॉनिक मेघ मिळते. हे लक्षात घेण्यासारखे आहे की सर्व इलेक्ट्रॉन्सने त्यांच्यासाठी वाटून घेतलेल्या किमान ऊर्जावर कब्जा करीत असतांना याचा अर्थ असा होतो की शरीर शून्य केल्विनवर आहे उच्च तापमानात, नाभिक आणि इलेक्ट्रॉन या दोन्ही दोलनांच्या मोठेपणा अधिक मजबूत असतो, याचा अर्थ असा की उच्च ऊर्जा पातळी व्यापण्यास सक्षम आहेत . नकारात्मक कणांचे वितरण अधिक "भुलक" बनते. काही समस्यांमध्ये हे महत्वाचे आहे, परंतु या घटनेचे वर्णन करणे, तापमान इतके महत्त्वाचे नाही

पॉली आणि लोडरचे तत्त्व

एक ठोस शरीराच्या बॅन्ड थिअरीची संकल्पना केवळ पलली तत्त्व काय आहे हे लक्षात ठेवूनच मिळते. जर आपण कल्पना केली की इंधन हे साखरचे थेंब आहेत, तर यापैकी बरेच बॅलेट्स असतील तर सशर्त लोडर त्यांना एकमेकांवर थोपवतील. प्रत्येक "पिशवी" जागा मध्ये त्याचे स्थान घेते इलेक्ट्रॉनसाठी, याचा अर्थ असा की या विशिष्ट राज्यात फक्त एकच प्रणाली असू शकते. हे पाली सिद्धांत आहे. लक्षात ठेवा की आपण आदर्श परिस्थिती म्हणायला हवी की म्हणजे तापमान शून्य केल्विन आहे, आणि क्रिस्टल असीम आहे. संपूर्ण प्रणाली एकाच परिस्थितीमध्ये आहे: तपमान, यांत्रिक भर, दोष संपूर्णपणे सर्व भागांमध्ये समान आहेत.

इलेक्ट्रॉनिक क्रिस्टल झोन

क्रिस्टलमध्ये, एकाच प्रकारचे अनेक अणू असतात. एक पदार्थाचे तीळ घटकांच्या वीस-तृतीयांश शक्तीमध्ये दहा असते. आणि किलोग्रॅममध्ये किती मिल्स, म्हणा, मीठ? तर आपण असेही म्हणू शकता की अगदी लहान क्रिस्टलमध्ये अणूंचा अदभुत संख्या अजिबात नसतो. प्रत्येक रासायनिक घटकचे स्वतःचे इलेक्ट्रॉनिक कक्ष असते, परंतु एखाद्या शरीरात अनेक आहेत तर काय? अखेरीस, पौलीच्या तत्त्वानुसार, ते सर्व वेगवेगळ्या राज्यांमध्ये व्यस्त असणे आवश्यक आहे. सॉलिडचा बँड सिद्धांत खालील सल्ल्याची ऑफर करतो: इलेक्ट्रॉनची कक्षा वेगवेगळी ऊर्जा प्राप्त करतात. तथापि, त्यांच्यातील फरक इतका लहान आहे की ते संकुचित होतात, एकमेकांना खूप कडकपणे ओव्हलिप करीत आहेत आणि सतत झोन तयार करतात. अशाप्रकारे, एका अणूमध्ये एका इलेक्ट्रॉनचा प्रत्येक स्तर मोठ्या प्रमाणात क्रिस्टलमध्ये झोनमध्ये बदलला जातो. डायलॉलिक आणि कंडक्टरमधील फरक स्पष्ट करण्यास मदत करणाऱया बँड्स थिअरी ऑफ सॉलिडसचे घटक.

क्षेत्रामध्ये इलेक्ट्रॉन

आम्ही आधीच चर्चा केली आहे की क्रिस्टल तयार झाल्यानंतर अणूमध्ये एकाच कक्षाला लागणारे इलेक्ट्रॉन्सच्या संचाचे काय होते. पण झोनमध्ये त्यांचे वर्तन इतके दूर राहिले आहे की आम्हाला कोणी आत्मसात केलेले नाही. हे सांगणे महत्वाचे आहे कारण मेटल आणि नॉन-धातू यांच्यात फरक ओळखला जातो. आधीच वर नमूद केल्याप्रमाणे, सॉलिड्सचा बँड सिरिअल्स दर्शवतो की झोनमध्ये विभक्त परमाणुंच्या वेगवेगळ्या कक्षातील ऊर्जेची पातळी इतकी वेगळी असते की ते जवळपास सतत स्पेक्ट्रम तयार करतात. अशाप्रकारे, त्यांच्यामध्ये इलेक्ट्रॉनमध्ये संभाव्य अडथळ्यांना पार करणे कठीण नाही - हे त्यांचे सहजपणे चालते, याउलट थर्मल एनर्जी इतकी पुरेशी आहे. तथापि, प्रत्येक परवानगी असलेल्या क्षेत्राची मर्यादा आहे. नेहमी ऊर्जा पातळी असते जे सर्व इतरांपेक्षा उच्च किंवा कमी असते.

व्हॅलटा, निषिद्ध, चालकता

या झोनमध्ये ऊर्जा क्षेत्र असते ज्यामध्ये एक स्तर नसतो ज्यावर एक इलेक्ट्रॉन असू शकतो. चार्टवर, तो एक पांढरा अंतर म्हणून दिसते आणि त्याला निषिद्ध क्षेत्र म्हणतात इलेक्ट्रॉन फक्त एका हुकुमाद्वारे या अडथळ्यावर मात करू शकतो. त्यामुळे, त्यासाठी त्यांना योग्य ऊर्जा मिळणे आवश्यक आहे. सर्वात जास्त उर्जा असलेल्या झोनमध्ये, ज्या प्रकारात अणूंना इलेक्ट्रॉनचे अस्तित्व आहे त्यास परवानगी दिली जाते, त्याला व्हॅलेंन्स असे म्हटले जाते आणि त्याच्या पुढचे म्हणजे चालकता असते.

मेटल, dielectric

सॉलिडर्सच्या वाहकतेचे बैंड सिध्दांत असा दावा करते की, चालतेच्या बाहेरील इलेक्ट्रॉनचे अस्तित्व किंवा अनुपस्थिती हे दर्शविते की दिलेल्या द्रव्यात किती प्रवाह चालू असेल ते किती सोपे आहे. अशाप्रकारे, धातू आणि dielectrics वेगळे आहेत. पहिल्या बाबतीत, प्रवाहकेंद्र बँडमध्ये आधीच इलेक्ट्रॉन्स आहेत, कारण हे व्हॅलन्स बँडसह ओव्हरलॅप होतात. याचा अर्थ असा की ऊर्जा कत्रांशिवाय अतिरिक्त ऊर्जा खर्चांव्यतिरिक्त, नकारात्मक कण स्वतंत्रपणे विद्युतचुंबकीय क्षेत्राच्या प्रभावाखाली जाऊ शकतात. म्हणूनच, धातूमधील विद्युत् प्रवाह आता इतके सहजपणे उद्भवू शकतात, खरेतर - झटपट फील्ड तयार होते. आणि याच कारणासाठी, तारा स्टील, तांबे, अॅल्युमिनियमच्या बनलेल्या असतात.

ज्या सामुग्रीमध्ये प्रवाहकीय बँड आणि व्हॅलीन्स बँड एकमेकांशी ऊर्ध्वनीरीत्या वेगळे केल्या जातात ते डाइटलक्ट्रिक्स म्हणतात. त्यांचे इलेक्ट्रॉन्स कमी अनुमती असलेल्या स्तरावर लॉक होतात. निषिद्ध क्षेत्राने पातळीवरुन नकारात्मक कण वेगळे केले जेणेकरून ते मुक्तपणे हलवू शकतात. आणि ज्या उर्जास त्यातून बाहेर पडण्यासाठी इलेक्ट्रॉनांना कळविले जाणे आवश्यक आहे, ते साहित्य नष्ट करेल. किंवा ते त्याच्या गुणधर्माबाहेरील मान्यता बदलू शकणार नाही. त्यामुळे प्लास्टिकचा तार ओघ आणि बर्न्स पिळतो परंतु वीज चालवत नाही.

सेमीकंडक्टर

पण एक मध्यवर्ती वर्ग सामग्री आहे ज्यास निषिद्ध क्षेत्र आहे, परंतु काही परिस्थितीमध्ये विद्युत् प्रवाह चालू करण्यास सक्षम आहेत. त्यांना अर्धवाहक म्हणतात. डायलेक्ट्रीक्सप्रमाणे, त्यांच्याकडे वाहक आणि शिष्टमंडळ यांच्यातील उर्जेचा अंतर आहे. तथापि, हे लहान आहे आणि आम्ही काही प्रयत्नांवर मात करू. शास्त्रीय सेमीकंडक्टर म्हणजे सिलिकॉन (लॅटिन - सिलिकियममध्ये). प्रसिद्ध सिलिकॉन व्हॅली इलेक्ट्रॉनिक उपकरण तयार करण्यासाठी या पदार्थाच्या क्रिस्टल्सच्या वापरावर आधारित त्याच्या तंत्रज्ञानासाठी प्रसिद्ध आहे.