 |
|
Энергетическое состояние квантовых систем
Структура энергетических состояний определяется характером движений частиц вещества. В случае газа из свободных атомов можно выделить два типа движений: поступательное движение атомов и движение электронов в атоме. Энергия поступательного движения изменяется непрерывно. Энергия же движения электронов в атоме квантуется; в результате возникает система энергетических уровней атома.
В случае газа из свободных молекул можно выделить четыре типа движений: поступательное движение, вращение молекул, колебания атомов в молекуле, движение электронов в молекуле. Квантуется энергия трех последних типов движений, в результате чего возникает довольно сложная система энергетических уровней молекулы. Основу этой системы составляют уровни, обусловленные движением электронов; расстояния между ними равны примерно 1 эв. На систему электронных уровней налагается более тонкая система колебательных уровней с расстояниями порядка 0, 1 эв и вращательных уровней с расстояниями порядка 10 –3 эв.
При рассмотрении атомной динамики твердых тел различают коллективные и индивидуальные движения. Коллективные движения возбуждаются в регулярной кристаллической решетке, которую образуют атомы или молекулы кристалла. Коллективные движения распространяются по решетке, так что в каждом из них участвует одновременно много частиц. Индивидуальные движения характерны для тех частиц, которые не вошли в структуру регулярной решетки. Таких частиц немного, они образуют примеси и различные дефекты решетки.
Коллективные движения характеризуются в энергетическом плане полосами разрешенных значений энергий – энергетическими зонами. Энергетические зоны разделены полосами запрещенных значений энергий – запрещенными зонами. Наличие индивидуальных движений приводит к появлению в запрещенных зонах пространственно-локализованных энергетических уровней (примесных уровней).
На рис.5 приведена схема образования энергетических зон. Видно, что дискретные уровни одиночного атома расширяются в энергетические зоны по мере уменьшения межатомных расстояний (переход от вещества, состоящего из атомарного газа, к твердому телу).
Рис.1.5