elektronenergi båndstruktur

Beregnede energibånd i Si. Energien E vises som funksjon av elektronets impuls k.
Av .
Lisens: Public domain

Båndstrukturen til elektronene i et materiale beskriver hvilke energier elektronene kan ha.

Den kan beregnes med hjelp av en fysisk teori kalt kvantemekanikk og er helt avgjørende for hvilke egenskaper materialet har, for eksempel elektrisk ledningsevne, termisk ledningsevne og optiske egenskaper.

Beskrivelse

Faste stoffer og ulike materialer er satt sammen av atomer som er plassert på et krystallgitter. Hvert atom er omgitt av en mengde elektroner. Disse elektronene har en bestemt energi som er avhengig av flere faktorer, slik som hvor langt unna atomkjernen de er og hvilket elektronspinn de har. Disse energiene kalles samlet for de tillatte energinivåene til elektronene.

Når antallet tillatte energinivåer blir stort, danner de et praktisk talt kontinuerlig bånd av energier som elektronene kan befinne seg i. Et eksempel på en slik båndstruktur vises i figuren for materialet Si. Figuren viser at det finnes flere energibånd i materialet med en energi E (y-aksen) som er avhengig av elektronets bevegelsesmengde k (x-aksen).

Egenskapene til materialet bestemmes i stor grad av hvordan båndstrukturen ser ut. Krumningen til båndene er med på å avgjøre hvor fort elektronene kan bevege seg i materialet og dermed hvor "tunge" de er. I et bånd som krummer vil elektronmassen være endelig, men i et bånd som er lineært vil den effektive elektronmassen være forsvinnende liten. Avstanden mellom energibåndene i båndstrukturen kalles båndgap og avgjør hvorvidt elektronene kan bevege seg fritt i materialet og lede for eksempel elektrisk strøm.

Båndstruktur kan beregnes analytisk i enkle modeller, slik som tight-binding-modellen. For en realistisk beregning av båndstruktur i materiale kreves mer sofistikerte numeriske beregninger på datamaskiner. Båndstruktur kan også bestemmes eksperimentelt ved ulike teknikker.

Metaller, halvledere og isolatorer har ulike karakteristiske trekk ved sine båndstrukturer. Det finnes ulike typer bånd.

  • Valensbånd – elektronene i et valensbånd er typisk tett bundet til atomet og har begrenset evne til å lede elektrisk strøm.
  • Ledningsbånd – elektronene i et ledningsbånd har god evne til å lede elektrisk strøm og bevege seg mer fritt gjennom materialet.

Valensbåndet og ledningsbånd er typisk adskilt av et båndgap.

Les mer i Store norske leksikon

Kommentarer

Kommentaren din publiseres her. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan.

Du må være logget inn for å kommentere.

eller registrer deg