金属能带理论

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简介

有助于形成能带的分子轨道似乎与原子轨道具有相同的能量。该理论主要描述了电子可以从价带跃迁到导带的事实。当温度保持常温时，就会发生此过程，因为它可以帮助固体导电。电导率主要取决于价带和导带之间的间隙。

金属能带理论的描述

能带理论被认为是一个关注固体物质的概念。该理论也称为区域理论，它显示了价带和导带之间的关系。在这一部分中，价带描述了价电子的轨道，并且它们包含电子。

另一方面，导带由轨道构成。因此，可以说导带的轨道是空的。该理论的发展是通过收集在科学量子革命中见证的知识而产生的。根据该理论的观点，原子轨道是电子粒子的重要组成部分。它有助于赋予能级独特排列的形状。

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图 1：固体的能带

该理论表明，固体中的电子从价带跃迁到导带。当温度保持常温时，就会发生这种情况，并且在这种状态下，固体导电。这种电导率问题主要取决于价带和导带之间的间隙。这里最重要的因素是，当这些能带之间的间隙等于或大于 5ev 时，材料将表现为绝缘体。

它还揭示了这样一个事实，即当能量差等于或小于 3ev 时，该材料被称为半导体。相反，价带和导带的重叠称为导体。造成这一因素的原因是电子可以从价带跃迁到导带，从而导电。半导体是少数电子可以从价带跃迁到导带的因素。

价带、导带和禁带

金属能带理论依赖于价带和导带。该理论也称为固体能带理论或固体区域理论。该问题非常清楚地定义了导体、半导体和绝缘体的各个方面。下面给出这些术语的描述：

价带：该能带由特定的价电子层轨道构成，并且包含其中的电子。该因素的一个例子是钠价带由 3s1 轨道构成。它包含钠的电子构型，其构型为 1s²、2s²、2p⁶、3s¹。

导带：导带由未被电子占据的轨道构成。它们出现在价电子层或更高未占据的电子层中。这就是导带为空的原因。该因素描述了最高能量能带被称为价带。

禁带：禁带是钠能带结构的重要组成部分。在这一部分中，该间隙被认为是价带和导带之间的能量差。

关于该理论的问题还描述了一些其他要点，例如导体、半导体和绝缘体。导体是可以让电流通过的材料。该因素的一些例子包括锌、铁、铜等等。

半导体是电导率介于导体和绝缘体之间的材料。可以给出一些因素作为例子，例如 As、Ge 和 Si。绝缘体定义为阻碍电流通过的材料。

绝缘体的例子包括石头、草、木头等等。

能带理论的例子

可以通过钠的例子来定义能带理论的解释，这将有助于更容易地理解该问题。钠的原子构型为 1s²、2s²、2p⁶、3s¹。它在 3s 轨道中包含未成对电子，并且它们相互重叠。

该过程已发生以形成分子轨道。能量差表示成键轨道和反键轨道之间的能量扩展。价带和导带之间最大的间隙阻碍电子从一个能带跃迁到另一个能带。此事件被记录为低或无电导率。

结论

本教程描述了金属能带理论基于价带和导带。它们是该理论的主要方面，这就是该理论也被称为固体理论或区域理论的原因。该理论描述了对该因素重要的不同方面。这些方面包括导体、绝缘体和半导体。该理论的其他重要因素包括禁带、价带和导带。

 (常见问题)

Q1. 谁提出了金属能带理论？

A1. 量子革命有助于金属能带理论的发展。可以看出，在 1928 年，费利克斯·布洛赫应用了量子理论的思想。后来，在 1927 年，沃尔特·海特勒和弗里茨·伦敦发现了该理论的思想。

Q2. 能带间隙形成的原因是什么？

A2. 当两个能带不够宽以跨越电子能级的全部范围时，就会形成间隙。能带间隙是价带和导带之间的间隙。

Q3. 能带理论的好处是什么？

A3. 能带理论有助于了解导体、半导体和绝缘体之间的区别。通过绘制材料中电子的可用能量来区分它们。