Элементы квантовой, атомной и ядерной физики. Полицинский Е.В. - 84 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТПУ | Томск

Составители: 

Рубрика: 

84
метно расщепляются и расширяются лишь уровни внешних, валентных
электронов, наиболее слабо связанных с ядром и имеющих наибольшую
энергию, а также более высокие уровни, которые в основном состоянии
атома вообще электронами не заняты. Уровни же внутренних электро-
нов либо совсем не расщепляются, либо расщепляются слабо. Таким
образом, в
твердых телах внутренние электроны ведут себя так же,
как в изолированных атомах, валентные же электроны «коллекти-
визированы» – принадлежат всему твердому телу.
Рис.44.Расщепление энергетических уровней в зависимости от r
Образование зонного энергетического спектра в кристалле явля-
ется квантово-механическим эффектом и вытекает из соотношения не-
определенностей. В кристалле валентные электроны атомов, связанные
слабее с ядрами, чем внутренние электроны, могут переходить от атома
к атому сквозь потенциальные барьеры, разделяющие атомы, то есть
перемещаться без изменений полной энергии (туннельный эффект). Это
приводит к тому, что среднее время жизни
τ
валентного электрона в
данном атоме по сравнению с изолированным атомом существенно
уменьшается и составляет примерно 10
–15
с (для изолированного атома
оно примерно 10
–8
с). Время же жизни электрона в каком-либо состоя-
нии связано с неопределенностью его энергии (шириной уровня) соот-
ношением неопределенностей
∆E ~ h/
τ
. Следовательно, если естествен-
ная ширина спектральных линий составляет примерно 10
–7
эВ, то в кри-
сталлах
∆E ≈ 1÷10 эВ, то есть энергетические уровни валентных элек-
тронов расширяются в зону дозволенных значений энергии.
Энергия внешних электронов может принимать значения в преде-
лах закрашенных на рис. 44 областей, называемых разрешенными
энергетическими зонами. Каждая разрешенная зона «вмещает» в себя
столько близлежащих дискретных уровней, сколько атомов содержит
кристалл: чем больше в кристалле атомов, тем теснее расположены
уровни в зоне. Расстояние между соседними энергетическими уровнями
в зоне составляет приблизительно 10
–22
эВ. Так как оно столь ничтожно,

Страницы