bans בקריסטלים

לפי תורת המבנה האטומי של ניל בוהר, כל ה-אטומים מוצאים לרשותם רמות אנרגיה דיסקרטיות סביב גרעינם המרכזי (פרטים נוספים ניתן למצוא בערך "רמות אנרגיה אטומיות"). עכשיו, נניח שהמצב הוא כזה בו שניים או יותר מהאטומים מונחים קרוב אחד לשני. במקרה זה, מבנה הרמות הדיסקרטיות שלהם מתמרץ למבנה פס אנרגיה. כלומר, במקום רמות אנרגיה דיסקרטיות, ניתן למצוא פסי אנרגיה דיסקרטיים. הגורם מאחורי היווצרות פסי אנרגיה בספירים הוא ההשפעה הדדית בין האטומים, שהיא תוצאה של כוחות אלקטרומגנטיים שפועלים ביניהם.
תמונה 1 מציגה את הסידור הטיפוסי של פסי אנרגיה כאלה. כאן, פס האנרגיה 1 יכול להיות מושווה לרמת האנרגיה E1 של אטום מבודד ופס האנרגיה 2 לרמה E2 וכן הלאה.

זה שקול לאומר שהאלקטרונים הקרובים לגרעין האטומים המאיצים מהווים פס אנרגיה 1 בעוד אלה בתווך החיצוני שלהם מייצרים פסי אנרגיה גבוהים יותר.

במציאות, כל אחד מהפסים הללו מורכב מרמות אנרגיה רבות מאוד קרובות זו לזו.

מתמונה 1 ברור כי מספר רמות האנרגיה המופיעות בפס אנרגיה מסוים גדל עם עליית הפס האנרגיה הנחשב, כלומר, הפס האנרגיה השלישי רחב יותר מהשני, שהוא רחב יותר בהשוואה לראשון. הבין כל אחד מהפסים הללו מכונה פס אסורי או פער פס (תמונה 1). בנוסף, כל האלקטרונים שנמצאים בתוך הספיר הם מוגבלים להיות באחד מהפסי האנרגיה. זה אומר שהאלקטרונים לא יכולים להימצא באזור הפער בין פסי האנרגיה.

סוגי פסי אנרגיה

פסי אנרגיה בספיר יכולים להיות מסוגים שונים. חלק מהם יהיה ריקים לחלוטין ולכן הם מכונים פסי אנרגיה ריקים, בעוד אחרים יהיו מלאים לחלוטין ולכן הם מכונים פסי אנרגיה מלאים. בדרך כלל, פסי האנרגיה המלאים יהיו רמות אנרגיה נמוכות יותר שנמצאות קרוב לגרעין האטום ולא כוללים אלקטרונים חופשיים, מה שאומר שהם אינם יכולים לתמוך בנשיאה. ישנן גם קבוצות נוספות של פסי אנרגיה שיכולות להיות שילוב של פסי אנרגיה ריקים ומלאים המכונים פסי אנרגיה מעורבים.
עם זאת, בתחום האלקטרוניקה, יש עניין מיוחד במנגנון הנשיאה. כתוצאה מכך, כאן שניים מהפסי האנרגיה מקבלים חשיבות רבה. אלו הם

פס ואלנס

פס אנרגיה זה כולל אלקטרונים ואלנס (אלקטרונים בתווך החיצוני ביותר של אטום) ויכולים להיות מלאים לחלוטין או חלקית. בטמפרטורת החדר, זהו הפס האנרגיה הגבוה ביותר הכולל אלקטרונים.

פס נשיאה

הפס הנמוך ביותר של פס אנרגיה אשר בדרך כלל אינו תפוס על ידי אלקטרונים בטמפרטורת החדר מכונה פס נשיאה. פס אנרגיה זה כולל אלקטרונים שחרורים מהכוח המשיכה של גרעין האטום.
באופן כללי, פס הוואלנס הוא פס אנרגיה נמוך יותר בהשוואה לפס הנשיאה והוא נמצא מתחת לפס הנשיאה בדיאגרמת פסי האנרגיה (תמונה 2). האלקטרונים בפס הוואלנס הם חלשים באופן יחסי לגרעין האטום ומעפים לפס הנשיאה כאשר החומר מופעל (למשל, תרמית).

חשיבות פסי אנרגיה

ידוע היטב שהנשיאה דרך החומרים היא רק באמצעות האלקטרונים החופשיים בהם. עובדה זו יכולה להיות מנוסחת מחדש בתורת פסי האנרגיה כ"האלקטרונים הנמצאים בפס הנשיאה הם היחידים שתרמו לנשיאה". כתוצאה מכך, ניתן לסווג חומרים לקטגוריות שונות על ידי הסתכלות על דיאגרמת פסי האנרגיה שלהם.
לדוגמה, אם דיאגרמת פסי האנרגיה מציגה חופפת משמעותית בין פס הוואלנס לפס הנשיאה (תמונה 3a), זה אומר שיש בחומר הזה המון אלקטרונים חופשיים, ולכן הוא יכול להיחשב למוליך טוב של חשמל, כלומר מתכת.

מצד שני, אם יש לנו פס אנרגיה שבו יש הפסקה גדולה בין פס הוואלנס לפס הנשיאה (תמונה 3b), זה אומר שצריך לספק לחומר כמות גדולה של אנרגיה כדי לקבל פס נשיאה מלא. לפעמים זה עשוי להיות קשה או אפילו בלתי אפשרי מבחינה מעשית. זה ישאיר את פס הנשיאה ללא אלקטרונים, מה שיגרום לחומר להיכשל בנשיאה. לכן, סוגי חומרים כאלה יהיו מדחסים.
עכשיו, נניח שיש לנו חומר שמראה הפרדה קטנה בין פס הוואלנס לפס הנשיאה כמו שמוצג בתמונה 3c. במקרה זה, ניתן לגרום לאלקטרונים בפס הוואלנס לכבוש את פס הנשיאה על ידי ספק אנרגיה קטן. זה אומר שלמרות שהחומרים הללו הם בדרך כלל מדחסים, ניתן להפוך אותם למוליכים על ידי התלהבות חיצונית. לכן, חומרים אלה ייקראו מוליכים למחצה.

הצהרה: כיבוד המקור, מאמרים טובים שראויים לשתף, במקרה של הפרת זכויות יוצרים אנא צור קשר על מנת להסיר.