Πώς περιγράφουν σήμερα οι επιστήμονες το κίνημα των ηλεκτρονίων;
1. Κλασική φυσική:
* ταχύτητα μετατόπισης: Αυτό περιγράφει τη μέση ταχύτητα των ηλεκτρονίων σε ένα υλικό λόγω εφαρμοσμένου ηλεκτρικού πεδίου. Είναι ένα απλοποιημένο μοντέλο που δεν αντιπροσωπεύει την κβαντική φύση των ηλεκτρονίων.
* Ο νόμος του Ohm: Αυτός ο νόμος περιγράφει τη σχέση μεταξύ του ρεύματος (ροή ηλεκτρονίων), της τάσης (διαφορά ηλεκτρικού δυναμικού) και της αντίστασης σε ένα υλικό. Είναι μια μακροσκοπική περιγραφή της κίνησης ηλεκτρονίων.
2. Κβαντική Μηχανική:
* Διπλότητα κύματος-σωματιδίου: Τα ηλεκτρόνια παρουσιάζουν τόσο ιδιότητες που μοιάζουν με κύμα όσο και από σωματίδια. Αυτό σημαίνει ότι η κίνηση τους μπορεί να περιγραφεί από τις λειτουργίες κύματος, οι οποίες αντιπροσωπεύουν την πιθανότητα εύρεσης ηλεκτρονίου σε μια συγκεκριμένη θέση.
* Κβαντική σήραγγα: Αυτό το φαινόμενο επιτρέπει στα ηλεκτρόνια να περάσουν από πιθανά εμπόδια, ακόμη και αν δεν έχουν αρκετή ενέργεια για να το κάνουν κλασικά. Αυτό είναι σημαντικό για πολλές ηλεκτρονικές συσκευές.
* Ενεργειακές ζώνες: Στα στερεά, τα ηλεκτρόνια καταλαμβάνουν συγκεκριμένα επίπεδα ενέργειας που ομαδοποιούνται σε ζώνες. Η κίνηση των ηλεκτρονίων επηρεάζεται από τη δομή της ζώνης και τη διαθεσιμότητα κενών επιπέδων ενέργειας.
* στατιστικά στοιχεία Fermi-Dirac: Αυτό το στατιστικό μοντέλο περιγράφει την κατανομή των ηλεκτρονίων μεταξύ των επιπέδων ενέργειας σε ένα υλικό σε μια δεδομένη θερμοκρασία.
3. Άλλα μοντέλα:
* Ελεύθερο μοντέλο ηλεκτρονίων: Αυτό το μοντέλο απλοποιεί τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των ηλεκτρονίων και του πλέγματος των ατόμων σε ένα στερεό, θεραπευτικά ηλεκτρόνια ως ελεύθερα σωματίδια.
* Σχεδόν δωρεάν μοντέλο ηλεκτρονίων: Αυτό το μοντέλο εξετάζει την επίδραση του περιοδικού δυναμικού του πλέγματος στην κίνηση των ηλεκτρονίων.
* Μοντέλο σφιχτής δέσμευσης: Αυτό το μοντέλο επικεντρώνεται στην τοπική φύση των ηλεκτρονίων που συνδέονται με τα άτομα σε ένα στερεό.
Το συγκεκριμένο μοντέλο που χρησιμοποιείται εξαρτάται από την εφαρμογή:
* Για μακροσκοπικά κυκλώματα, τα κλασικά μοντέλα φυσικής όπως ο νόμος του Ohm είναι επαρκή.
* Για τη μελέτη των ιδιοτήτων των ημιαγωγών και άλλων υλικών, τα κβαντικά μηχανικά μοντέλα είναι απαραίτητα.
* Για την περιγραφή της συμπεριφοράς των μεμονωμένων ηλεκτρονίων σε ατομικά και μοριακά συστήματα, χρησιμοποιούνται εκλεπτυσμένες μέθοδοι κβαντικής χημείας.
Συνολικά, η κατανόηση της κίνησης των ηλεκτρονίων απαιτεί συνδυασμό κλασσικών και κβαντικών εννοιών. Οι σύγχρονοι επιστήμονες χρησιμοποιούν διάφορα μοντέλα και θεωρίες για να περιγράψουν αυτό το σύνθετο φαινόμενο, ανάλογα με το συγκεκριμένο πλαίσιο και το επίπεδο λεπτομέρειας που απαιτείται.
