CÁC HIEƠN TƯỢNG ĐIEƠN TỬ VAØ IOĐN §5.1.THUYÊT ELECTROĐN COƠ ĐIEƠN
§5.2 LÝTHUYÊT LƯỢNG TỬ VEĂ TÍNH DĂN ĐIEƠN CỤA VAƠT RAĨN
5.2.1. Những hán chê cụa thuyêt electrođn coơ đieơn.
Thuyêt electrođn coơ đieơn đã có những thành cođng đáng keơ trong vieơc giại thích các tính chât dăn đieơn cụa kim lối và nói chung các vaơt dăn lối moơt. Tuy nhieđn giới hán áp dúng cụa nó hán chê, trong nhieău trường hợp nó mađu thuaơn với thực nghieơm. Chẳng hán theo thuyêt electrođn coơ đieơn thì đieơn dăn suât 0 2 2 n e mu λ σ = tức σ ~ 1
T . Nhưng thực nghieơm lái cho kêt quạ σ ~ 1
T . Hoaịc theo lý thuyêt tređn thì tỷ nhieơt cụa nguyeđn tử kim lối (tức nhieơt dung rieđng cụa nguyeđn tử) cũng sai leơch xa so với thực nghieơm.
Sở dĩ có những mađu thuaơn đó là vì trong vaơt raĩn chuyeơn đoơng cụa electrođn khođng tuađn theo các quy luaơt cụa cơ hĩc coơ đieơn, mà nó tuađn theo các quy luaơt phức táp hơn cụa cơ hĩc lượng tử. Sự phađn bô các electrođn khođng tuađn theo phađn bô Maxwell-Boltzmann cụa thông keđ coơ đieơn mà tuađn theo phađn bô lượng tử Fermi-Dirac.
5.2.2. Thuyêt mieăn naíng lượng veă vaơt raĩn.
1. Naíng lượng cụa các electrođn trong vaơt raĩn (nói rieđng kim lối), cũng như naíng lượng cụa các electrođn trong nguyeđn tử bị lượng tử hóa. Chúng chư nhaơn những giá trị gián đốn, được bieơu dieên baỉng các mức naíng lượng xác định (hình 5-1).
2. Với moơt nguyeđn tử cođ laơp, naíng lượng các electrođn phađn bô tređn các mức tương ứng với xu hướng ở tráng thái có naíng lượng thâp nhât nhưng tuađn theo chaịt chẽ nguyeđn lý Pauli:
“Moêi mức naíng lượng chư có theơ
có tôi đa 2 electrođn với spin đôi song”. Do vaơy các mức naíng
lượng được lâp đây từ dưới leđn tređn. Khi bị kích thích các electrođn có theơ nhạy leđn mức naíng lượng cao hơn.
En
3. Xét nguyeđn tử trong máng tinh theơ vaơt raĩn, các electrođn còn tương tác với các
nguyeđn tử khác, do đó moêi mức naíng lượng sẽ bị tách ra làm N mức nhỏ (N là sô nguyeđn tử vaơt raĩn). Các mức cách nhau cỡ 10 – 22eV. Trong mieăn này electrođn có theơ ở bât kỳ moơt mức nhỏ nào, gĩi là mieăn “được phép”. Giữa các mieăn được phép ngaín cách nhau moơt khoạng gĩi là “mieăn câm”. Các electrođn khođng theơ có giá trị naíng lượng naỉm trong mieăn câm (hình 5.2).
E2 E1 E1
Eo Hình 5.1. Sự lượng tử hóa các mức naíng lượng
4. Theo thuyêt electrođn coơ đieơn, ở 00K vaơn tôc cụa các electrođn trong kim lối baỉng 0, và do đó electrođn sẽ naỉm ở mức naíng lượng thâp nhât. Tuy nhieđn theo thuyêt lượng tử, sự phađn bô các electrođn tuađn theo nguyeđn lý Pauli, do đó các electrođn sẽ lâp đaăy các mức naíng lượng từ dưới leđn. Các mức tređn chư có 1 electrođn hoaịc bỏ trông hoàn toàn. Do đó tráng thái cụa electrođn trong hô thê naíng bị lượng tử hóa, và khoạng cách từ mức cao nhât bị electrođn chiêm tới bờ hô thê sẽ nhỏ hơn chieău sađu hô thê. Do vaơy cođng thoát beă maịt cụa electrođn sẽ nhỏ hơn nhieău chieău sađu hô thê. Mức cao nhât bị electrođn chiêm gĩi là mức Fermi (hình 5-3).
Mieăn câm Mieăn được phép N mức E A MứcFermi
Hình 5.3. Tráng thái e-trong hô thê naíng Hình 5.2. Sự tách các mức naíng lượng
5. Theo thuyêt lượng tử ở 00K các electrođn chuyeơn đoơng với vaơn tôc rât lớn. Ở mứv fermi vaơn tôc cụa electrođn cỡ 106m/s. Trong khi theo lý thuyêt electrođn coơ đieơn vaơn tôc này chư có theơ có ở nhieơt đoơ 5.104K.