|
Представляете себе только что нарисованную картину? Кристалл — пространство, заполненное электромагнитным полем, и ничтожную долю этого пространства занимают ядра. Практически все свойства кристалла, такие, как его твердость, упругость, электропроводность, теплопроводность, температура плавления и др., на самом деле представляют собой свойства электромагнитного поля. Масса кристалла почти целиком определяется массой атомных ядер, а некоторые оптические свойства — конфигурацией и постоянными кристаллической решетки. Валентные электроны в кристалле становятся общими для всего кристалла. В атоме еще можно указать некоторую область, занимаемую тем или иным электроном, а в кристалле для всех валентных электронов такой областью является весь объем кристалла. Валентные электроны находятся в электромагнитном поле кристалла и вносят свой вклад в свойства этого поля. Единственной причиной, удерживающей атомные остатки на своих местах в узлах кристаллической решетки, является все то же электромагнитное поле. В кристалле, как и в атоме, электроны принимают только некоторые разрешенные значения (уровни) энергии. Уровни группируются в зоны. Каждому одиночному разрешенному уровню электрона в атоме соответствует в кристалле целая разрешенная зона, заполненная уровнями. Каковы бы ни были размеры кристалла, количество уровней в каждой зоне равно количеству электронов, относящихся к этой зоне, поделенному пополам. Для кристалла также справедлив принцип Паули: каждый уровень может быть занят не более чем двумя электронами при условии, что их спины направлены в противоположные стороны. Валентным электронам соответствует валентная разрешенная зона. Большим по сравнению с уровнями валентной зоны значениям энергии соответствуют одна или несколько свободных зон. При температуре абсолютного нуля все уровни валентной зоны заняты электронами, а все уровни свободной зоны свободны. Валентная и свободная зоны разделены промежутком запрещенной зоны. В пределах запрещенной зоны нет ни одного значения энергии, которым мог бы обладать электрон. В зависимости от ширины запрещенной зоны кристаллические твердые тела делятся на три класса. Если ширина запрещенной зоны превышает примерно 3 эв, то такие тела представляют собой изоляторы, или диэлектрики. При отсутствии запрещенной зоны, когда валентная и свободная зоны пересекаются, мы имеем дело с проводниками. Промежуточный случай, когда ширина запрещенной зоны составляет примерно от 0,5 до 3 эв, дают полупроводники. В обычных условиях в диэлектриках невозможно никакое упорядоченное движение электронов, они не проводят электрического тока. Почему так происходит? Про каждый валентный электрон нельзя сказать, что он принадлежит какому-то конкретному атому. Все валентные электроны в кристалле общие, и кристалл представляет собой как бы одну большую молекулу. Электроны в кристалле находятся в непрерывном движении. Правда, движутся они не совсем так, как в нашем представлении перемещаются маленькие шарики или молекулы в газе. — 81 —
|