Energi bænd í krystallogre

Samkvæmt Neil Bohrs frumkvæði um atómstöðu hefur allt atóm skilgreindar orkustigi um miðju sín (nánari upplýsingar um þetta má finna í greininni “Atomic Energy Levels”). Ef við nú ætlum tilfelli þegar tvö eða fleiri slík atóm eru sett nálægt hvern öðrum, þá breytist uppbygging skiptingar orkustiga í orku bændasamsetningu. Það er að segja, í stað skiptingar orkustiga finnst skiptingar orkubændur. Rök fyrir myndun slíkra orkubenda í kristallum er samþrýstingur á millum atóma sem er niðurstöðu elektromagnéttskra afstoða á millum þeim.
Mynd 1 sýnir venjulega skipulag slíkra orkubenda. Hér getur orkubandi 1 verið hugsanlegt að vera jafngild orkustigi E1 eins og einstaka atóm og orkubandi 2 við stigi E2 og svo framvegis.

Þetta er jafngilt því að segja að elektrón sem eru næst kjarnanum í samþrýstingaratóma mynda orkubanda 1 en þeir sem eru í ytri sporgerum mynda hærri orkubanda.

Í raun inniheldur hver og einn af þessum bandum mörg orkustig sem eru mjög nær brúnn.

Af myndinni er augljóst að fjöldi orkustiga sem birtast í ákveðnu orkubanda mun aukast með auknum orkubanda, þ.e. þriðji orkubandinn er breiðari en annarinn sem er sjálfur breiðari en fyrsti. Næst er bilinu milli hverrar þessa banda kallað forbannað band eða bandbil (Mynd 1). Viðare eru öll elektrón sem eru til staðar innan kristallsins tvungin að vera í einhverju af orkuböndunum. Þetta merkir að elektrón geta ekki verið til staðar í bandbilinu.

Tegundir orkubanda

Orkubändur í kristalli geta verið af ýmsum tegundum. Ein nokkur af þeim verða alveg tóm vegna þess sem er kallað tóm orkubönd en sumar aðrar verða alveg full og eru því kölluð full orkubönd. Venjulega eru fulla orkuböndin lægstu orkustigin sem eru næst kjarnanum í atómum og hafa engin frjálsum elektrón, þ.e. þau geta ekki lagt til leit. Það er líka til aðra set af orkuböndum sem gætu verið blöndu af tömu og fulla orkubanda sem eru kölluð blöndu orkubönd.
Að jafnframt er sérstaklega áhugið á leitarmekanísku. Þess vegna fá hér tvö af orkuböndunum mikilvægi. Þessi eru

Valensbandi

Þetta orkuband inniheldur valenselektrón (elektrón í ytri sporgerum á atómi) og getur verið alveg eða hluti full. Á herbergistempu er þetta hæsta orkubandinu sem inniheldur elektrón.

Leybands

Lægsta orkuband sem er venjulega ótekið af elektrón við herbergistempu er kölluð leybands. Þetta orkuband inniheldur elektrón sem eru frjáls frá draga kjarnans.
Á almennan hátt er valensbandi band með lægra orku heldur en leybands og er því fundið undir leybands í orkubandsmynd (Mynd 2). Elektrón í valensbandinu eru laust bundin við kjarnann og hoppa í leybands þegar efnið er frekat (til dæmis, hita).

Mikilvægi orkubanda

Það er velkjent að leit í efnum er brottuð af einungis frjálsu elektrónum sem eru til staðar í þeim. Þetta má endurtaka í orkubandskenningu sem “elektrón sem eru til staðar í leybands eru einungis þeir sem lagt til leitarmekanísku”. Þess vegna er hægt að flokka efni í mismunandi flokk eftir að skoða orkubandsmyndina.
Til dæmis, ef orkubandsmynd sýnir mikið yfirleitt á milli valensbanda og leybands (Mynd 3a), þá merkir það að efnið hefur fjölmarg frjáls elektrón, vegna þess sem er gert að gott leiðara rafmagns, dvs. metalleiðara.

Á hina vegna ef við höfum orkubands mynd þar sem er stór bil á milli valensbanda og leybands (Mynd 3b), þá merkir það að þarf að gefa efni mikið af orku til að fá fullt leybands. Stundum gæti þetta verið erfitt eða jafnvel ómögulegt í raun. Þetta látir leybands vera tóma af elektrón vegna þess sem er gert að efnið missti leitarkraft. Þess vegna verða slík efni leyðara.
Nú, gerum ráð fyrir að við höfum efni sem sýnir smá skilgreiningu á milli valensbanda og leybands eins og sýnt er í Mynd 3c. Í þessu tilfelli er hægt að fá elektrón í valensbandinu að teki leybands með að gefa litla orku. Þetta merkir að þó að slík efni séu venjulega leyðara, geta þau verið brottuð til að virka sem leiðara með að frekja þau ytri. Þess vegna verða slík efni kölluð semileiðara.

Yfirlýsing: Respect the original, good articles worth sharing, if there is infringement please contact delete.