A | B | C | D | E | F | G | H | CH | I | J | K | L | M | N | O | P | Q | R | S | T | U | V | W | X | Y | Z | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9
Pásová struktura (také elektronová pásová struktura, anglicky electronic band structure) odpovídá přípustným energetickým stavům všech elektronů v kondenzovaných (pevných) krystalických látkách. Pásy vytvářející pásovou strukturu se dělí na valenční (valence bond), zakázaný (band gap) a vodivostní pás (conduction band).
Elektrony ve valenčním pásu se podílejí na vazbě atomu s jinými atomy. Elektrony ve vodivostním pásu jsou z vazeb uvolněné a mohou se jím volně pohybovat. Mají větší energii než elektrony v pásu valenčním, neboť je zvětšená o práci, kterou je nutné elektronům dodat na rozbití vazby a překonání zakázaného pásu.
S pásovou strukturou úzce souvisí elektrická vodivost a elektrický proud v pevných látkách. Podle příslušnosti dané energetické hladiny do určitého pásu a podle zaplnění pásu lze snadněji definovat vodiče (kovy), polovodiče a nevodiče (izolanty).
Teorií pásové struktury a zkoumáním povolených a zakázané pásů se zabývá kvantová fyzika na základě kvantově mechanických vlnových funkcí pro elektron. Pásová teorie byla úspěšně použita k vysvětlení mnoha fyzikálních vlastností pevných látek, jako je například elektrický odpor a absorpce záření. Tvoří také základ pro pochopení všech polovodičových zařízení (tranzistory nebo fotovoltaické články).
Vznik pásové struktury
- V případě jednotlivých atomů se jejich elektrony pohybují po určitých energetických hladinách daných řešením Schrödingerovy rovnice.
- Při seskupení atomů v pevné látce spolu začínají interagovat elektrony z různých atomů. Tato interakce vede k hybridizaci atomových orbitalů a rozštěpení původních energetických hladin.
- Atomy se seskupují do pravidelných tvarů a vytvářejí krystalovou mřížku, která je tvořená kladnými jádry a zápornými elektrony. Elektrony jsou zde již velmi delokalizované, pohybují se v pásu povolených hladin energií a nelze určit, ke kterému konkrétnímu atomu patří.
- Elektrony zaplňují povolené hladiny od energeticky nejnižších (nejvýhodnějších) k vyšším (méně výhodným) a postupně vytváření elektronovou pásovou strukturu dané látky.
- Pásy vytvářející pásovou strukturu pevné látky se dělí na valenční (valence bond), zakázaný (band gap) a vodivostní pás (conduction band). Podle příslušnosti dané energetické hladiny do určitého pásu a podle zaplnění pásu lze snadněji definovat vodiče (kovy), polovodiče a nevodiče (izolanty).
- Valenční pás je poslední elektronový pás obsazený elektrony v základním stavu a tvoří jej valenční elektrony z jednotlivých atomů krystalu. Valenční pás nevede elektrický proud, je nevodivý.
- Vodivostní pás obsahuje excitované elektrony, které do něj přešly z valenčního pásu dodáním tepelné, světelné nebo elektrické energie. Vodivostní pás vede elektrický proud, látka se stává vodivou.
- Zakázaný pás je mezera mezi valenčním a vodivostním pásem a neobsahuje žádné elektrony. Zakázaný pás musejí elektrony překonat, aby se uvolnily z vazby při přechodech mezi povolenými pásy.
- Vytváření pásové struktury již nelze exaktně popsat Schrödingerovou rovnicí kvůli velkému počtu započítávaných elektronů. Používají se tedy modely, z nichž nejznámější jsou Model těsné vazby, Kronig-Penneyův model, řešení pomocí Greenovy funkce, Teorie funkcionálů hustoty (Density Functional Theory - DFT ) a další.
Překonání zakázaného pásu
K překonání zakázaného pásu potřebuje elektron energii, která mu umožní přeskočit z valenčního do vodivostního pásu. Elektron tedy musí být excitován některou z těchto možnosti:
- Tepelná excitace - při vyšší teplotě může elektron získat energii, která stačí na překonání energie vazebné, tedy na překonání zakázaného pásu.
- Světelná excitace - elektron může získat energii dopadem elektromagnetického záření (světla). Energie viditelného světla se pohybuje v rozmezí srovnatelném se šířkou zakázaného pásu.
- Excitace elektrickým polem - při pokojových teplotách nelze tento způsob použít, neboť by bylo nutné elektrické pole s vysokou elektrickou intenzitou, která by daný materiál zničila.
Pásy a vodivost látky
- Podle příslušnosti dané energetické hladiny do určitého pásu a podle zaplnění pásu jsou definovány vodiče (kovy), polovodiče a nevodiče (izolanty).
- Vodiče mají valenční a vodivostní pás tak blízko sebe, že se dotýkají nebo dokonce překrývají. To znamená, že elektrony mohou přecházet z jednoho pásu do druhého s minimální vynaloženou energií.
- U polovodičů se objevuje zakázaný pás, takže je třeba dodat zvnějšku energii tepelnou, světelnou nebo elektrickou, tak aby elektrony překonaly zakázaný pás, dostaly se do vodivostního pásu a látka pak mohla vést elektrický proud. Energie nutná k překonání zakázaného pásu je u polovodičů nižší než 3 eV. U polovodičů se zakázaný pás dále rozděluje na přímý a nepřímý (například u křemíku).
- Izolanty mají od sebe valenční a vodivostní pásy tak vzdálené, že téměř není možné zakázaný pás překonat nebo je zapotřebí velké množství energie (viz vodivost dielektrik). Energie nutná k překonání zakázaného pásu je u izolantů je vyšší než 3 eV.
Související články
Reference
V tomto článku byly použity překlady textů z článků Bändermodell na německé Wikipedii a Electronic band structure na anglické Wikipedii.
Externí odkazy
- Obrázky, zvuky či videa k tématu pásová struktura na Wikimedia Commons
Text je dostupný za podmienok Creative Commons Attribution/Share-Alike License 3.0 Unported; prípadne za ďalších podmienok. Podrobnejšie informácie nájdete na stránke Podmienky použitia.
Antény
Chemické zdroje elektriny
Chladenie v elektrotechnike
Elektrická sústava automobilu
Elektrická trakcia
Elektrické prístroje
Elektrické súčiastky
Elektrické spotrebiče
Elektrické stroje
Čítanie (elektrotechnika)
Činný výkon
Štatistická dynamika
Živý vodič
Admitancia
Antiparalelné zapojenie
Asynchrónny motor
Blúdivý prúd
Bočník (elektrotechnika)
Diak (polovodičový prvok)
Displej s kvapalnými kryštálmi
Elektrická inštalácia
Elektrická rezonancia
Elektrická sila
Elektrická vodivosť
Elektrické zariadenie
Elektrický obvod
Elektrický zvonec
Elektroenergetika
Elektromer
Elektrometer
Elektromobil
Elektromotor
Elektromotorické napätie
Elektrotechnický náučný slovník
Elektrotechnika
Elektrotechnológia
Fázor
Faradayova klietka
Frekvencia (fyzika)
Graetzov mostík
Impedancia
Indukčnosť
Induktancia
Istič
Izolácia (elektrotechnika)
Izolant
Jadro vodiča
Jednobran
Jednosmerný prúd
Joulovo teplo
Katóda
Koaxiálny kábel
Kompenzácia účinníka
Konduktometria
Konektor (elektrotechnika)
Korónový výboj
Lanko (elektrotechnika)
Leptanie
Logické hradlo
Magnetická susceptibilita
Magnetizácia (veličina)
Merný elektrický odpor
Mobilné zariadenie
Napájací zdroj
Napäťový chránič
Napäťový násobič
Nortonova veta
Odpínač
Odpojovač
OLED
Olovený akumulátor
Paralelné zapojenie
Peltierov článok
Plošná hustota elektrického prúdu
Poistka (elektrotechnika)
Posuvný prúd
Prúdový chránič
Prenosové médium
Prieletový klystrón
Primárny elektrochemický článok
Reaktancia
Rekuperácia (dopravný prostriedok)
Relé
Reproduktorová výhybka
Rezistancia
Rozhranie (interface)
Sériové zapojenie
Seebeckov jav
Sekundárny elektrochemický článok
Settopbox
Skrat
Sonar
Spínač
Spínaný zdroj
Straty v mikropásikových vedeniach
Striedavý prúd
Stupeň ochrany krytom
Svetelná výbojka
Symetrizačný člen
Technická normalizácia
Tepelné relé
Tepelne vodivostný detektor
Termočlánok
Théveninova veta
Transformátor
Transformátor s fázovou reguláciou
Trojfázová sústava
Tuhá fáza (elektronika)
Tyratrón
Usmerňovač (elektrotechnika)
Uzemnenie
Uzol (vodiče)
Vírivý prúd
Výbojka
Varistor
Ventilátor
Vodič (elektrotechnika)
Voltov stĺp
Vstavaný systém
Zásuvka (elektrotechnika)
Zdroj (elektrotechnika)
Zisk antény
Text je dostupný za podmienok Creative
Commons Attribution/Share-Alike License 3.0 Unported; prípadne za ďalších
podmienok.
Podrobnejšie informácie nájdete na stránke Podmienky
použitia.
www.astronomia.sk | www.biologia.sk | www.botanika.sk | www.dejiny.sk | www.economy.sk | www.elektrotechnika.sk | www.estetika.sk | www.farmakologia.sk | www.filozofia.sk | Fyzika | www.futurologia.sk | www.genetika.sk | www.chemia.sk | www.lingvistika.sk | www.politologia.sk | www.psychologia.sk | www.sexuologia.sk | www.sociologia.sk | www.veda.sk I www.zoologia.sk