Τι στοιχεία υπάρχουν για να επιβεβαιωθεί η θεωρία των συγκροτημάτων σε στερεά;
1. Ηλεκτρική αγωγιμότητα:
* μέταλλα: Η θεωρία της μπάντας εξηγεί την υψηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα των μετάλλων. Στα μέταλλα, η ζώνη σθένους επικαλύπτεται με τη ζώνη αγωγιμότητας, επιτρέποντας στα ηλεκτρόνια να κινούνται ελεύθερα μέσω του υλικού. Αυτό εξηγεί γιατί τα μέταλλα είναι εξαιρετικοί αγωγοί ηλεκτρικής ενέργειας.
* μονωτήρες: Η θεωρία της μπάντας εξηγεί γιατί οι μονωτές είναι κακοί αγωγοί ηλεκτρικής ενέργειας. Σε μονωτήρες, υπάρχει ένα μεγάλο ενεργειακό χάσμα μεταξύ της ζώνης σθένους και της ζώνης αγωγιμότητας. Τα ηλεκτρόνια στη ζώνη σθένους είναι στενά συνδεδεμένα και δεν μπορούν εύκολα να πηδούν στη ζώνη αγωγιμότητας, καθιστώντας δύσκολη τη ροή του ρεύματος.
* ημιαγωγοί: Η θεωρία της μπάντας εξηγεί την ενδιάμεση αγωγιμότητα των ημιαγωγών. Σε ημιαγωγούς, το ενεργειακό χάσμα μεταξύ της ζώνης σθένους και της ζώνης αγωγιμότητας είναι μικρότερο από ό, τι στους μονωτήρες. Σε θερμοκρασία δωματίου, μερικά ηλεκτρόνια έχουν αρκετή ενέργεια για να μεταβούν στη ζώνη αγωγιμότητας, οδηγώντας σε μια μικρή αλλά μετρήσιμη αγωγιμότητα.
2. Οπτικές ιδιότητες:
* Απορρόφηση και εκπομπή: Η θεωρία της μπάντας εξηγεί την απορρόφηση και την εκπομπή φωτός από στερεά. Όταν απορροφάται το φως, τα ηλεκτρόνια στη ζώνη σθένους μπορούν να ενθουσιαστούν στη ζώνη αγωγιμότητας. Όταν ένα ηλεκτρόνιο στη ζώνη αγωγιμότητας ανασυνδυάζει με μια τρύπα στη ζώνη σθένους, μπορεί να εκπέμπει φως. Η ενέργεια του απορροφούμενου ή εκπεμπόμενου φωτός αντιστοιχεί στη διαφορά ενέργειας μεταξύ των ζωνών.
* χρώμα: Το χρώμα ενός υλικού συχνά προσδιορίζεται από τη δομή της ζώνης. Για παράδειγμα, τα διαφανή υλικά όπως το γυαλί έχουν μεγάλο ενεργειακό κενό και απορροφούν μόνο φωτόνια υψηλής ενέργειας (υπεριώδες φως), ενώ αδιαφανή υλικά όπως τα μέταλλα απορροφούν όλα τα μήκη κύματος ορατού φωτός.
3. Φωτοαγωγιμότητα:
* Αυξημένη αγωγιμότητα: Η θεωρία της μπάντας εξηγεί γιατί η αγωγιμότητα ορισμένων υλικών αυξάνεται όταν εκτίθεται στο φως. Όταν τα φωτόνια με ενέργεια μεγαλύτερη από το χάσμα της ζώνης απορροφώνται, τα ηλεκτρόνια μπορούν να διεγερθούν από τη ζώνη σθένους στη ζώνη αγωγιμότητας, αυξάνοντας τον αριθμό των φορέων ελεύθερης χρέωσης και της αγωγιμότητας.
4. Hall Effect:
* Σημάδι και πυκνότητα φορέα: Η επίδραση της αίθουσας, το οποίο μετρά την τάση που παράγεται σε έναν αγωγό που μεταφέρει ρεύμα σε ένα μαγνητικό πεδίο, παρέχει πληροφορίες σχετικά με το σύμβολο και την πυκνότητα των φορέων φορτίου. Η κατεύθυνση της τάσης της αίθουσας εξαρτάται από τον τύπο φορέα φορτίου (ηλεκτρόνια ή τρύπες), που μπορεί να εξηγηθεί από τη θεωρία της μπάντας.
5. Περίθλαση ακτίνων Χ:
* Κρυσταλλική δομή: Οι μελέτες περίθλασης ακτίνων Χ παρέχουν πληροφορίες σχετικά με την κρυσταλλική δομή των στερεών. Τα πρότυπα διάθλασης που λαμβάνονται μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον προσδιορισμό της διάταξης των ατόμων και της απόστασης μεταξύ τους. Αυτές οι πληροφορίες είναι ζωτικής σημασίας για την κατανόηση της ηλεκτρονικής δομής της ζώνης.
6. Υπολογισμοί ηλεκτρονικής δομής ζώνης:
* Θεωρητικές προβλέψεις: Οι σύγχρονοι θεωρητικοί υπολογισμοί που βασίζονται στην κβαντική μηχανική μπορούν να προβλέψουν τη δομή της ηλεκτρονικής ζώνης των στερεών. Αυτές οι προβλέψεις έχουν επαληθευτεί πειραματικά σε πολλές περιπτώσεις, υποστηρίζοντας περαιτέρω την εγκυρότητα της θεωρίας της μπάντας.
Συμπέρασμα:
Αυτές οι παρατηρήσεις και τα πειράματα παρέχουν ισχυρές ενδείξεις για την εγκυρότητα της θεωρίας των συγκροτημάτων στην εξήγηση των ηλεκτρικών, οπτικών και άλλων φυσικών ιδιοτήτων των στερεών. Η θεωρία της μπάντας είναι μια θεμελιώδη έννοια στη φυσική στερεάς κατάστασης και παίζει καθοριστικό ρόλο στην κατανόηση της συμπεριφοράς των υλικών.
