கிரிஸ்டல்களில் அணிசை உருவங்கள்

நீல் போரின் அணு அமைப்பு கோட்பாட்டின்படி, அனைத்து அணுகளும் அவற்றின் மையத்தில் உள்ள அணுக்கருவின் சுற்றில் தொடர்ச்சியான ஆற்றல் நிலைகளை வைத்திருக்கின்றன (இதற்கு மேலும் "அணு ஆற்றல் நிலைகள்" என்ற கட்டுரையில் காணலாம்). இப்போது இரண்டு அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட அணுகளை ஒன்றுக்கொன்று அருகாமையில் வைத்து கொள்வதை எடுத்துக்கொள்வோம். இந்த நிலையில், அவற்றின் தொடர்ச்சியான ஆற்றல் நிலைகளின் அமைப்பு ஆற்றல் பெட்டியாக மாறும். அதாவது, தொடர்ச்சியான ஆற்றல் நிலைகளின் இடத்தில், தொடர்ச்சியான ஆற்றல் பெட்டிகளைக் காணலாம். இந்த பெட்டிகளின் உருவாக்கத்தின் காரணம், அணுகளுக்கு இடையே உள்ள பொருளாதார இணைப்பு ஆகும், இது அவற்றின் இடையே செயல்படும் விசை மின்ன உணர்ச்சிகளின் பலனாக உருவாகிறது.
உருவம் 1 இந்த ஆற்றல் பெட்டிகளின் ஒரு தீர்மான அமைப்பைக் காட்டுகிறது. இங்கு, ஆற்றல் பெட்டி 1 ஒரு தனிப்பட்ட அணுவின் ஆற்றல் நிலை E1 க்கு ஒத்திருக்கலாம் மற்றும் ஆற்றல் பெட்டி 2 நிலை E2 க்கு ஒத்திருக்கலாம் மற்றும் இதை மேலும் தொடர்ந்து வரும்.

இது போல், அணுகளுக்கு இடையே தொடர்ச்சியான அணுக்கருவின் அருகில் உள்ள எலக்ட்ரான்கள் ஆற்றல் பெட்டி 1 ஐ உருவாக்குகின்றன, அதே நீளத்தில் அவற்றின் வெளியிலான கோளங்கள் உயர் ஆற்றல் பெட்டிகளை உருவாக்குகின்றன.

உண்மையில், இந்த ஒவ்வொரு பெட்டிகளும் மிக அருகில் உள்ள பல ஆற்றல் நிலைகளைக் கொண்டுள்ளன.

உருவத்திலிருந்து, ஒரு தீர்மான ஆற்றல் பெட்டியில் வெளிப்படையாக உள்ள ஆற்றல் நிலைகளின் எண்ணிக்கை கருத்தில் உள்ள ஆற்றல் பெட்டியின் அளவுடன் அதிகரிக்கின்றது என்பது தெரிகிறது. அதாவது, மூன்றாவது ஆற்றல் பெட்டி இரண்டாவது ஆற்றல் பெட்டியை விட அதிகமாக உள்ளது, இது முதலாவது ஆற்றல் பெட்டியை விட அதிகமாக உள்ளது. அடுத்ததாக, இந்த ஒவ்வொரு பெட்டிகளுக்கும் இடையே உள்ள இடம் தட்டச்சு பெட்டி அல்லது பெட்டி இடைவெளி (உருவம் 1) எனப்படும். இதன் போது, கிரிஸ்டலில் உள்ள அனைத்து எலக்ட்ரான்களும் இந்த ஆற்றல் பெட்டிகளில் ஏதாவது ஒன்றில் உள்ளதாக அவசியமாகிறது. இதன் போது, எலக்ட்ரான்கள் ஆற்றல் பெட்டி இடைவெளியில் உள்ளதாக இருக்க முடியாது.

ஆற்றல் பெட்டிகளின் வகைகள்

கிரிஸ்டலில் ஆற்றல் பெட்டிகள் பல வகைகளாக இருக்கலாம். சில அவற்றில் முழுவதும் காலியாக இருக்கும், இதனால் அவை காலி ஆற்றல் பெட்டிகள் எனப்படும், சில மீதமுள்ளவை முழுவதும் நிரம்பியிருக்கும், இதனால் அவை நிரம்பிய ஆற்றல் பெட்டிகள் எனப்படும். பொதுவாக, நிரம்பிய ஆற்றல் பெட்டிகள் அணுவின் அணுக்கருவின் அருகில் உள்ள மேலே உள்ள ஆற்றல் நிலைகளாக இருக்கும் மற்றும் சுதந்திர எலக்ட்ரான்களை வழங்காது, இதனால் அவை கடத்தலுக்கு வழங்க முடியாது. இதே போல், காலி மற்றும் நிரம்பிய ஆற்றல் பெட்டிகளின் ஒரு கலவரமாக இருக்கும் மற்றொரு வகையான ஆற்றல் பெட்டிகள் உள்ளன, இவை கலப்பு ஆற்றல் பெட்டிகள் எனப்படும்.
எனினும், விஞ்ஞான தொழில்நுட்பத்தில் கடத்தல் தொடர்பு ஒன்று முக்கியமாக இருக்கிறது. இதனால், இங்கு, இரண்டு ஆற்றல் பெட்டிகள் மிகவும் முக்கியமாக இருக்கின்றன. இவை

வேலன்ஸ் பெட்டி

இந்த ஆற்றல் பெட்டி வேலன்ஸ் எலக்ட்ரான்கள் (ஒரு அணுவின் வெளியிலான கோளங்களில் உள்ள எலக்ட்ரான்கள்) கொண்டிருக்கலாம் மற்றும் இது முழுவதும் அல்லது பகுதியாக நிரம்பியிருக்கலாம். அறை வெப்பத்தில், இது உள்ளது எலக்ட்ரான்கள் கொண்ட மிக உயர் ஆற்றல் பெட்டி.

கடத்தல் பெட்டி

அறை வெப்பத்தில் சுதந்திர எலக்ட்ரான்களால் பொதுவாக நிரம்பப்படாத மிக கீழ்தர ஆற்றல் ஆற்றல் பெட்டி கடத்தல் பெட்டி எனப்படும். இந்த ஆற்றல் பெட்டி அணுவின் அணுக்கருவின் ஈர்ப்பு விசையிலிருந்து சுதந்திரமாக உள்ள எலக்ட்ரான்களைக் கொண்டிருக்கிறது.
பொதுவாக, வேலன்ஸ் பெட்டி கடத்தல் பெட்டியை விட குறைந்த ஆற்றல் உள்ளதாக இருக்கும் மற்றும் ஆற்றல் பெட்டி அமைப்பில் (உருவம் 2) கடத்தல் பெட்டியின் கீழ் உள்ளதாக இருக்கும். வேலன்ஸ் பெட்டியில் உள்ள எலக்ட்ரான்கள் அணுக்கருவின் ஈர்ப்பு விசையிலிருந்து விலகி கடத்தல் பெட்டியில் செல்லும் போது, அவை அலோகத்தின் உத்வேகம் (கோட்பாட்டின் போது வெப்பமாக) வரும்போது இது நிகழும்.

ஆற்றல் பெட்டிகளின் முக்கியத்துவம்

அலோகங்களில் உள்ள சுதந்திர எலக்ட்ரான்கள் மட்டுமே கடத்தலை ஏற்படுத்துவது என்பது அறியப்பட்டுள்ளது. இந்த உண்மையை ஆற்றல் பெட்டி கோட்பாட்டின் போது "கடத்தல் பெட்டியில் உள்ள எலக்ட்ரான்கள் மட்டுமே கடத்தலுக்கு பங்கெடுக்கின்றன" என மறுவரிப்பது முடியும். இதனால், ஒருவர் அவற்றின் ஆற்றல் பெட்டி அமைப்பை பார்த்து அலோகங்களை வெவ்வேறு வகைகளாக வகைப்படுத்தலாம்.
எடுத்துக்காட்டாக, ஆற்றல் பெட்டி அமைப்பு வேலன்ஸ் மற்றும் கடத்தல் பெட்டிகளுக்கு இடையே ஒரு குறிப்பிடத்தக்க மீட்டம் காட்டியிருந்தால் (உருவம் 3a), இதன் போது, அலோகத்தில் பெரிய அளவில் சுதந்திர எலக்ட்ரான்கள் உள்ளதாக அறியலாம், இதனால் அது ஒரு நல்ல கடத்தலான மெத்தல் (தான் மெத்தல்) என கருதப்படும்.

மறுபக்கத்தில், நம்மிடம் ஆற்றல் பெட்டி அமைப்பு ஒன்று உள்ளது, இதில் வேலன்ஸ் மற்றும் கடத்தல் பெட்டிகளுக்கு இடையே ஒரு பெரிய இடைவெளி உள்ளது (உருவம் 3b), இதன் போது, நமக்கு அலோகத்திற்கு பெரிய அளவில் ஆற்றல் வழங்க வேண்டியது, இதனால் நம்மிடம் நிரம்பிய கடத்தல் பெட்டியைப் பெற முடியும். சில நேரங்களில், இது கடிகாரமாக அல்லது போதுமான அளவில் செயல்பட முடியாது. இதனால், கடத்தல் பெட்டியில் எலக்ட்ரான்கள் இல்லாமல் போகும், இதனால் அலோகம் கடத்த முடியாது. இதனால், இந்த வகையான அலோகங்கள்