Hvordan hopper elektroner fra en skal til anden i nærvær af forbudt zone et atom?

Elektroner og energiniveau

* atomskaller: Elektroner i et atom besætter specifikke energiniveauer kaldet "skaller." Disse skaller er som "gulve" i en bygning, hvor hver skal repræsenterer et andet energiniveau. Jo tættere skallen er på kernen, jo lavere er energien.

* Elektron excitation: Når en elektron får energi (for eksempel ved at absorbere en foton af lys), kan den "hoppe" til et højere energiniveau. Dette kaldes excitation.

* Elektronafslapning: En ophidset elektron er ustabil og ønsker at vende tilbage til sin lavere energistilstand. Når det sker, frigiver det den overskydende energi, ofte som en foton af lys. Dette er grunden til, at atomer udsender specifikke bølgelængder af lys.

den forbudte zone (bandgap)

* Energibånd: I faste stoffer er energiniveauet for elektroner ikke længere diskrete, men danner bånd med tæt placerede energiniveau. Disse bånd adskilles med huller kaldet forbudte zoner eller båndhuller .

* Ledere, isolatorer, halvledere: Størrelsen på båndgabet bestemmer materialets elektriske ledningsevne.

* Ledere: Har meget små båndhuller, så elektroner let kan bevæge sig mellem bånd.

* isolatorer: Har store båndhuller, der kræver betydelig energi til at begejstre elektroner på tværs af kløften.

* halvledere: Har båndhuller med mellemstørrelse, hvilket tillader en vis ledningsevne under visse betingelser.

hvordan elektroner "hopper" i nærvær af en forbudt zone

1. excitation: For at et elektron skal hoppe fra et lavere energibånd til et højere, er det nødvendigt at erhverve nok energi til at overvinde bandgabet. Denne energi kan komme fra:

* varme: Termisk energi kan begejstre elektroner.

* lys: Fotoner af lys med nok energi kan begejstre elektroner.

* Elektriske felter: Stærke elektriske felter kan give den nødvendige energi.

2. spring over: Når elektronet får nok energi, kan det hoppe over den forbudte zone og besætte en tom energitilstand i det højere bånd.

3. afslapning: Et elektron i et højere energibånd er ustabilt og vil vende tilbage til et lavere energiniveau. Det kan gøre dette ved:

* Emission: Frigørelse af en foton af lys (lysemission).

* Kollisioner: At miste energi gennem kollisioner med andre atomer eller elektroner.

Vigtige punkter

* kvantemekanik: Opførslen af ​​elektroner i atomer styres af kvantemekanik, der beskriver partiklernes bølge-lignende karakter.

* Diskrete energiniveau: Elektroner kan kun besætte specifikke energiniveauer, ikke nogen værdi derimellem. Dette forklarer, hvorfor elektroner hopper snarere end glat overgang mellem energiniveauet.

Fortæl mig, hvis du gerne vil have flere detaljer om nogen af ​​disse koncepter!