固体物理学では、バンド理論は、特定の範囲内のエネルギー値のみを持つことができる固体材料内の電子の状態を記述する理論モデルです。固体内の電子の挙動 (およびそのエネルギー) は、近くにある他のすべての粒子の挙動の影響を受けます。これは、任意のエネルギーを持つことができる自由空間での電子の振る舞いとはまったく対照的です。固体の許容電子エネルギーの範囲は、許容帯域と呼ばれます。許容バンドは、固体内の電子がこれらのエネルギーを持つことを許可されていない、2 つの許容バンド間のエネルギー範囲です。
固体のバンド理論
固体のバンド理論は、原子が互いに近接して配置されているという点で、他の理論とは異なります。その結果、最も外側の軌道電子のエネルギー準位が変化します。一方、最も内側の電子のエネルギー準位は、近くの原子の影響を受けません。これは、電子が金属固体内でどのように量子状態をとるかを説明する仮説です。すべての分子には、いくつかの異なるエネルギー準位があります。この理論は、電子が分子内でどのように作用するかを非常に詳細に説明しています。原子内の電子は、パウリの排他原理に従ってそれぞれのエネルギー軌道を完成します。 2 つの原子軌道が結合して、分子内に 2 つの異なるエネルギー レベルを持つ分子軌道を生成します。
さらに、小さなスペースに含まれる 1023 本の積み上げられた線が、ベタの帯として表示されます。その結果、エネルギーバンドとして知られるエネルギー連続体を形成します。この理論を使用すると、物質内の電子が到達可能なすべてのエネルギーを視覚化できます。これは、導体、絶縁体、および半導体の違いを示す非常に有用な方法です。
その結果、束縛されていない原子に見られるような個別のエネルギーではなく、可能なエネルギー準位がバンドに編成されます。固体のインバンド理論には複数のエネルギーバンドがあります。以下は、固体の最も重要なエネルギー バンドです:
価電子帯
価電子帯は、価電子のエネルギー準位を含むエネルギー帯です。このバンドは、伝導帯の下にあります。さらに、このバンドの電子は原子核にしっかりと結合しており、自由に動くことはできません。
伝導帯
このエネルギー バンドには、束縛されていない電子のエネルギー レベルが含まれます。電子が自由になるためには、価電子が伝導帯に押し出されて自由になるように、外部エネルギーを適用する必要があります。
禁じられたバンド
これは、価電子帯と伝導帯のエネルギー差です。これは禁制ギャップとも呼ばれます。禁止ギャップは、固体の電気伝導率を計算するために使用されます。さらに、材料を導体、半導体、または絶縁体として分類できます。
エネルギー バンド
殻内の電子のエネルギーレベルの変化により互いに接近している原子は、エネルギーバンドと呼ばれます。固体中の分子は、原子がそれらに最も近い原子の軌道に移動する傾向があるように構造化されています。その結果、原子が衝突すると、電子の軌道が重なります。エネルギー準位のいくつかのバンドは、固体状態で原子を結合することによって生成されます。エネルギー バンドは、これらのエネルギー レベルに付けられた名前です。
エネルギーバンドの形成
ガス状物質の分子は、互いに近接しないようにグループ化されています。それらが液体物質の中にあるとき、それらは互いにより近くなります。単一の原子では、各軌道の電子は正確な量のエネルギーを持っています。固体中の原子はすべて密集しています。周囲の原子のために、これは外側軌道の電子のエネルギー準位に影響を与えます。 2つの孤立した原子が一緒になると、原子の外側の軌道の1つにある電子が、近くの原子によって押し出されます.この作用の結果、電子のエネルギーが変化します。これは、エネルギーレベルが異なることを意味します。電子の値は、電子の元のエネルギー レベルより高いまたは低いエネルギー レベルに変更されます。
毎回、同じ軌道にある電子のエネルギー準位は異なります。エネルギーバンドは、これらのさまざまなエネルギーレベルがグループ化されたときに生成されます。内側の軌道で電子に近い原子は、そのエネルギー レベルに影響を与えません。
結論
固体物理学では、バンド理論は、特定の範囲内のエネルギー値のみを持つことができる固体材料内の電子の状態を記述する理論モデルです。固体のバンド理論は、原子が互いに近接して配置されているという点で、他の理論とは異なります。この理論は、電子が分子内でどのように作用するかを非常に詳細に説明しています。 2 つの原子軌道が結合して、分子内に 2 つの異なるエネルギー準位を持つ分子軌道を生成します。価電子帯は、価電子のエネルギー準位を含むエネルギー帯です。
