Πώς συμπεριφέρονται οι ημιαγωγοί σε απόλυτη θερμοκρασία;

Στο Absolute Zero (0 Kelvin ή -273.15 ° C), η συμπεριφορά των ημιαγωγών γίνεται αρκετά ενδιαφέρουσα και κάπως παράδοξη:

θεωρητικά:

* τέλειο μονωτήρα: Σύμφωνα με την κλασσική φυσική, όλη η ατομική κίνηση παύει στο Absolute Zero. Αυτό σημαίνει ότι τα ηλεκτρόνια μέσα στο κρυσταλλικό πλέγμα του ημιαγωγού θα ήταν εντελώς ακίνητα, οδηγώντας σε μηδενική ηλεκτρική αγωγιμότητα. Θεωρητικά, το υλικό πρέπει να συμπεριφέρεται ως τέλειο μονωτήρα.

Πραγματικότητα:

* Quantum Effects: Η κβαντική μηχανική εισάγει μια ρυτίδα σε αυτήν την εικόνα. Ακόμη και στο Absolute Zero, τα ηλεκτρόνια εξακολουθούν να διαθέτουν μια μικρή ποσότητα ενέργειας που ονομάζεται "ενέργεια μηδενικού σημείου". Αυτή η ενέργεια δεν αρκεί για να διεγείρει τα ηλεκτρόνια στη ζώνη αγωγιμότητας, αλλά μπορεί να επηρεάσει τη συμπεριφορά τους.

* ακαθαρσίες και ελαττώματα: Οι ημιαγωγοί πραγματικού κόσμου έχουν πάντα ακαθαρσίες και ελαττώματα μέσα στην κρυσταλλική δομή τους. Αυτές οι ατέλειες μπορούν να λειτουργήσουν ως εντοπισμένα επίπεδα ενέργειας, επιτρέποντας σε ορισμένα ηλεκτρόνια να αποκτήσουν αρκετή ενέργεια για να διεξάγουν, ακόμη και στο απόλυτο μηδέν.

Συνέπειες:

* Μη μηδενική αγωγιμότητα: Ενώ είναι εξαιρετικά χαμηλοί, οι ημιαγωγοί μπορούν ακόμα να παρουσιάζουν μια μικρή ποσότητα ηλεκτρικής αγωγιμότητας στο απόλυτο μηδέν λόγω των κβαντικών αποτελεσμάτων και των ακαθαρσιών. Αυτό είναι γνωστό ως "υπολειμματική αγωγιμότητα".

* Superconductivity: Ορισμένοι ημιαγωγοί παρουσιάζουν υπεραγωγιμότητα σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες, συμπεριλαμβανομένου του απόλυτου μηδέν. Αυτό είναι ένα φαινόμενο όπου τα ηλεκτρόνια ρέουν με μηδενική αντίσταση, αλλάζοντας πλήρως τις ηλεκτρικές ιδιότητες του υλικού.

Συνοπτικά:

* Κλασική πρόβλεψη: Τέλειο μονωτήρα.

* Κβαντική πραγματικότητα: Μη μηδενική αγωγιμότητα λόγω ενέργειας και ακαθαρσιών μηδενικού σημείου.

* δυναμικό για υπεραγωγιμότητα: Ορισμένοι ημιαγωγοί γίνονται υπεραγωγοί σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες.

Είναι σημαντικό να θυμάστε:

* Η επίτευξη απόλυτου μηδέν είναι πρακτικά αδύνατη.

* Η συμπεριφορά των ημιαγωγών σε αυτές τις εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες είναι πολύ πολύπλοκη και επηρεάζεται από διάφορους παράγοντες, συμπεριλαμβανομένου του συγκεκριμένου υλικού και των ακαθαρσιών του.

* Οι κβαντικές επιδράσεις διαδραματίζουν κυρίαρχο ρόλο στην κατανόηση των ηλεκτρικών ιδιοτήτων των ημιαγωγών στο απόλυτο μηδέν.