Енергетичні рівні і зони в атомах

Згідно постулату де Бройля електрон може рухатися тільки по орбіті, уздовж якої укладається ціле число його хвиль.
В ізольованому атомі з одним електроном швидкість руху електрона по дозволеної орбіті встановлюється такий, при якій відцентрова сила врівноважує силу тяжіння негативно зарядженого електрона до позитивно зарядженого ядра. Кожній дозволеної орбіті відповідає своя швидкість і, отже, своя кінетична енергія електрона.
Під дією зовнішніх факторів або спонтанно (мимовільно) електрон може переходити з одного дозволеної орбіти на іншу. Щоб перейти з низької орбіти на більш високу, електрон повинен отримати порцію (квант) енергії, суворо рівну різниці його енергій для двох дозволених орбіт. Така енергія доставляється атомам головним чином світловими, ультрафіолетовими або рентгенівськими променями, а також при теплових зіткненнях атомів.
Атом, що поглинув один або кілька квантів променевої енергії, називається збудженим. Іноді поглинена енергія настільки велика, що електрон переходить на дуже віддалену орбіту і практично відривається від атома. Такий атом називається іонізованим.
Повна енергія електрона, що дорівнює сумі його кінетичної (енергії руху по орбіті) і потенційної (тяжіння до ядра) енергій, називається енергетичним станом атома. Кожній дозволеної орбіті відповідає своє енергетичне стан, який на діаграмі представляють у вигляді енергетичного рівня. Енергетичні рівні можуть бути дозволеними і забороненими. Дозволений енергетичний рівень, що характеризується головним квантовим числом n, розщеплюється на ряд близько розташованих підрівнів. Взаємодія атомів в решітці призводить до того, що їхня енергія розщеплюється на велику кількість майже зливаються подуровней, що утворюють енергетичні зони.
Існують дозволені й заборонені енергетичні зони.
Імовірність перебування електрона в забороненій зоні дорівнює нулю.
Дозволені енергетичні зони кристалів складаються з великої кількості близьких один до одного підрівнів. Верхню з заповнених енергетичних зон називають валентною, так як її електрони здатні взаємодіяти з сусідніми атомами, забезпечуючи молекулярні зв’язки.
Дозволені енергетичні зони, розташовані нижче, завжди заповнені електронами повністю. Валентна зона може бути заповнена повністю або частково.
Дозволена енергетична зона, розташована безпосередньо під валентною зоною, називається зоною провідності. Провідні властивості кристала залежать від ширини забороненої зони, що розділяє валентну зону і зону провідності.
Середнім значенням ширини забороненої зони відповідають напівпровідникові кристали.

Посилання на основну публікацію