Местоположение - енергийни нива - Голямата енциклопедия на нефта и газа, статия, страница 3
Местоположение – енергийни нива
Методът на Бауер е удобен в случаите, когато се сравняват свойствата на кристали с подобно разположение на енергийните нива и следователно подобна последователност от преходи от един компенсационен механизъм към друг. Като дава възможност за аналитично изразяване на зависимостите на концентрациите на дефекти от състава на газовата среда, този метод улеснява анализа на причините за редица наблюдавани явления и в някои случаи определянето на неизвестни константи. В същото време трябва да се има предвид, че предположението, че уравнението на електрическия баланс може да се сведе до най-простото двучленно уравнение, в никакъв случай не е приемливо. [31]
Съществен факт за явленията в полупроводниците е, че нарушаването на правилната структура на кристалната решетка променя разположението на енергийните нива, възможни за електроните. Особено важна роля играят нарушенията на структурата на кристалната решетка в присъствието на чужди или излишни атоми в нея. [33]
Трябва също да се отбележи, че редът на лентите в енергийната схема на твърдо тяло може да не съответства на реда на енергийните нива в свободен атом; в този случай, по време на образуването на твърдо тяло, електроните се преразпределят в съответствие с принципа на Паули, така че всички по-ниски нива на енергийния спектър да бъдат заети. От лявата страна на фиг. 4 схематично показва генезиса на енергийните ленти на твърдото тяло в процеса на приближаване на атомите. Тези интервали (ленти или диапазони) на разрешени и забранени енергийни стойности се наричат енергийни зони. Както се вижда от фиг. 5, ширината на разрешените ленти нараства с увеличаване на енергията на дадено състояние; ширината на забранените зони в тази посока намалява. И точно като вв отделен атом, където за прехода на електрон от по-ниско квантово ниво към по-високо е необходимо да се достави енергия отвън, равна на енергийната разлика между тези нива, така че в твърдо тяло, за да се премести електрон от долната енергийна зона към ненулевата, също е необходимо да се изразходва енергия, равна на ширината на забранената зона, лежаща между тях. Същото условие трябва да се спазва и при движение на електрони в една и съща разрешена лента. При обратните преходи се отделя енергия, равна на разликата между съответните нива. Плътността на нивата в разрешените ленти е много висока, тъй като ширината на енергийните ленти в твърдото тяло не надвишава няколко електронволта, а броят на нивата в тях е равен на броя на атомите в обема на твърдото тяло. Когато броят на атомите е 1022, което съответства на парче твърдо тяло с обем около 1 cm3, енергийната разлика между съседните нива е 10±22 eV. Тази ситуация ни позволява да считаме, че енергийните нива образуват почти непрекъснат спектър в лентата и движението на електрони в рамките на една лента е много лесно. По-специално, енергията, която един електрон придобива по средния свободен път (10 - - 4 - 10 - 8 eV) е много по-голяма от енергията, която разделя съседните нива в лентата. Тук, между другото, също трябва да се припомни, че средната топлинна енергия на вибриращ атом на твърдо тяло при стайна температура е 0,04 eV и че топлинната енергия на кристалната решетка може да бъде прехвърлена на електрони, което в енергийната схема съответства на прехода на тези електрони към по-високи енергийни нива. [35]
Последната зависимост остава линейна само за ограничен диапазон от заместители, който се определя от броя на n-електроните и промяната в подредбата на енергийните нива, въведени от заместителя X в общия n-електронмолекулна система. [36]
Някои характеристики на явленията на разрушаване, като звездообразни модели по време на пренапрежение, донякъде напомнят на електронни процеси, които се дължат на подреждането на енергийните нива и кристалите. Ето защо е целесъобразно да се спрем на въпроса защо ориентационните ефекти се приписват на свойствата на топлинните вибрации на кристалите. Това мнение се основава на наблюдения, показващи, че пътищата са произволно ориентирани в някои алкални халиди при -195°C, но стават ориентирани с повишаване на температурата. Силната зависимост на конфигурацията на пътя от температурата предполага, че вибрациите на решетката са свързани с процеса на ориентация. [37]
Причините за разликата в поведението на ансамбли от електрони в многоелектронен атом и единици или техните комбинации в макромолекула са свързани с разликата в подреждането на енергийните нива на едната и другата система. Електронните нива са разположени на разстояния, много по-големи от kT, докато енергийните нива на елементите, които изграждат макромолекулния ансамбъл, могат да бъдат разположени на разстояния, много по-малки от kT или от същия порядък. [38]
Експериментално наблюдаваният спектър на молекулярен разреден газ е статистически израз на съвкупността от елементарни актове на абсорбция и излъчване и в крайна сметка зависи от подреждането на енергийните нива, тяхното население и стойностите на вероятностите за оптични и неоптични преходи. В основата на макроскопското описание на спектрите е кривата на честотното разпределение (или дължините на вълните) на интензитета на абсорбираната или излъчена радиация. Като характеристики на абсорбционната способност на дадено вещество се използват редица взаимосвързани величини. Те се определят по следния начин. [40]
Въпреки факта, че всеки безплатенйони в октаедричните и тетраедричните полета се появяват еднакви по брой и вид състояния, последователността на подреждане на енергийните нива за тези състояния в октаедъра е противоположна на реда на енергийните нива в тетраедъра. [41]
Ако разделянето, създадено от магнитното поле, е сравнимо по големина със спин-орбиталното разделяне, тогава получаваме така наречения ефект на Paschen-Back, за който подреждането на енергийните нива е по-сложно. Когато атом е изложен на външно електрическо поле, се наблюдава ефектът на Старк. В равномерно поле, насочено по оста z, всяко ниво се разделя по такъв начин, че компонентите с различни Mj имат различни енергии. Взаимодействието на такова поле с атом (или молекула) се изразява чрез електрически диполен момент. [42]
По този начин изследването на абсорбционните и емисионните спектри позволява да се решат въпроси за влиянието на химичния състав, структурата на излъчващите (поглъщащи) центрове, както и външната среда върху състава и разположението на енергийните нива на веществото, върху вероятностите за преходи между тях, върху разпределението на центровете в системата от нива. [43]
От съществено значение за явленията, които се случват в полупроводниците, е фактът, че всяко нарушение на правилната структура на кристалната решетка отслабва връзката на валентните електрони с елементите на тази решетка и променя разположението на енергийните нива, възможни за електроните. Особено важна роля играят нарушенията на структурата на кристалната решетка, които възникват при наличието на външни или излишни атоми в нея. [44]
А сега нека се опитаме да напишем схемата за разпределение на електроните по енергийни нива и поднива за атоми с номера от 1 до 36 (резултатите са обобщени в схема 2). За това е удобно да използвате схемата от 1-ви редподреждане на енергийните нива, дадено в предишния раздел. [45]