Fasciae Energeticae in Cristallis

Secundum theoriam Neil Bohr de structura atomica, omnes atomos habent niveles discreti energiae circa nucleus centrale (de hoc amplius in articulo “Niveles Energiae Atomici”). Nunc consideremus casum ubi duo vel plures atomi tales sunt collocati iuxta alterum. In hoc casu, structura eorum niveles discreti transformatur in structuram bandarum energiae. Id est, loco niveles discreti, invenire possimus bandas discretas energiae. Causa formandi huiusmodi bandas energiae in crystallis est mutua interactorum atomorum quae est effectus virium electromagneticarum inter eas agens.
Figura 1 ostendit dispositionem typicam talium bandarum. Hic banda 1 potest putari simile nivei E1 atomi isolati et banda 2 ad nivem E2 et sic porro.

Hoc est equivalent ad dicendum quod electrones iuxta nucleum atomorum interactorum constituunt bandam 1, dum illi in orbibus exterioribus suis resultant in bandas altiores energiae.

In re, unaquaeque harum bandarum constat multis niveis energiae quae valde propinque sunt.

Ex figura, manifestum est quod numerus niveorum energiae qui apparet in particulari banda energiae crescit cum incremento bandae energiae considerata, id est, tertia banda est latior quam secunda, quae tamen videtur latior comparata cum prima. Deinde, spatium inter singulas has bandas dicitur zona prohibita vel gap bandae (Figura 1). Praeterea, omnia electrona praesentia intra cristallum coguntur esse in una ex bandis energiae. Hoc inturn significat quod electrona non possunt inveniri in regione gap bandae energiae.

Species Bandarum Energiae

Bandae energiae in crystallo possunt variarum esse specierum. Quaedam earum erunt totaliter vacuae, propter quas vocantur bandae energiae vacuae, dum aliae erunt totaliter plenae et ita nominantur bandae energiae plenae. Usualiter, bandae plenae erunt niveles inferiores qui iuxta nucleum atomi iacent et liberos electronos non habent, id est, non possunt conductionem praebere. Exsistunt etiam aliae bandae energiae quae possunt esse mixtum bandarum vacuarum et plenarum, quae vocantur bandae energiae mixtae.
Tamen in campo electronicorum unum est specialiter interessatum in mechanismo conductionis. Itaque, hic, duae bandae energiae obtinent maximam importantiam. Haec sunt

Banda Valentiae

Haec banda energiae constat electronarum valentiarum (electrona in orbita extrema atomi) et potest aut totaliter aut partialiter impleri. Ad temperaturam ordinariam, haec est maxima banda energiae quae electrona continet.

Banda Conductionis

Infima banda energiae quae usualiter non occupatur ab electronis ad temperaturam ordinariam vocatur banda conductionis. Haec banda energiae constat electronarum quae liberae sunt ab vi attractiva nucleorum atomicorum.
In generali, banda valentiae est banda minoris energiae comparata cum banda conductionis et ita sub banda conductionis in diagrammate bandarum energiae (Figura 2) invenitur. Electrona in banda valentiae laxe adhaerent ad nucleum atomi et transiliunt in bandam conductionis quando materia excitatur (dici, thermaliter).

Importancia Bandarum Energiae

Notum est quod conduction per materias fit solum per liberos electronos in ipsis presentes. Hoc factum potest restatari in terminis theoriae bandarum energiae ut “electrons in banda conductionis soli contribuunt ad mechanismum conductionis”. Itaque, unus potest materias in diversas categorias dividere spectando diagramma bandarum energiae suarum.
Exempli gratia, si diagramma bandarum energiae ostendit considerablem superpositionem inter bandam valentiae et bandam conductionis (Figura 3a), tum significat quod materia copiosos electronos liberos in se habet, propter quod potest considerari bonum conductorem electricitatis, id est, metallum.

Praeterea, si habemus bandam energiae diagramma in quo est magnus hiatus inter bandam valentiae et bandam conductionis (Figura 3b), hoc significat quod oportet matriam magna quantitate energiae suppeditare ut conductionem obtineat. Interdum, hoc potest esse difficile vel etiam practice impossibile. Hoc relinquet bandam conductionis sine electronis, propter quod materia non conducet. Itaque, huiusmodi materiae erunt isolantes.
Nunc, dicamus quod habemus materiam quae ostendit levem separationem inter bandam valentiae et bandam conductionis sicut Figura 3c monstrat. In hoc casu, uno potest electrona in banda valentiae inducere ut occupent bandam conductionis parva quantitate energiae suppeditante. Hoc significat quod licet huiusmodi materiae usualiter sint isolantes, possunt converti ad actum conductores externe excitando. Itaque, huiusmodi materiae vocabuntur semiconductores.

Declaratio: Respectare originale, bonos articulos valent participandi, si est infractio contactandum ad deletionem.