अकार्बनिक ठोसों की इलेक्ट्रॉनिक संरचना
अकार्बनिक ठोसों की इलेक्ट्रॉनिक संरचना को क्रिस्टल में बने कक्षकों के बैंड द्वारा वर्णित किया जाता है, जिनकी भराई और अंतराल इंसुलेटर, अर्धचालक और धातुओं को अलग करते हैं।
Definition
अकार्बनिक ठोसों की इलेक्ट्रॉनिक संरचना एक विस्तारित क्रिस्टल में इलेक्ट्रॉनिक अवस्थाओं की ऊर्जाओं और अधिभोग का वर्णन है, जो परमाणु कक्षकों से प्राप्त निरंतर बैंड के रूप में होती हैं, जो ऑप्टिकल और विद्युत गुणों को निर्धारित करती हैं।
Scope
यह विषय विस्तारित ठोसों में इलेक्ट्रॉनिक संरचना के रासायनिक दृष्टिकोण को शामिल करता है: अतिव्यापी परमाणु कक्षकों से बैंड का निर्माण, बैंड चौड़ाई और अवस्थाओं का घनत्व, बैंड गैप और इंसुलेटर, अर्धचालक और धातुओं का वर्गीकरण, आंतरिक और बाह्य (डोप्ड) अर्धचालकता, और सहसंबद्ध संक्रमण-धातु ऑक्साइड में बैंड चित्र की सीमाएं जहां मॉट इंसुलेटिंग व्यवहार प्रकट होता है। यह रासायनिक बंधन दृष्टिकोण का उपचार करता है; बैंड सिद्धांत का विस्तृत ठोस-अवस्था भौतिकी संघनित-पदार्थ भौतिकी में शामिल है।
Core questions
- परमाणु कक्षक एक ठोस में बैंड में कैसे संयोजित होते हैं?
- क्या निर्धारित करता है कि एक ठोस एक इंसुलेटर, अर्धचालक या धातु है?
- डोपिंग n-प्रकार और p-प्रकार के अर्धचालक कैसे बनाती है?
- कुछ संक्रमण-धातु ऑक्साइड आंशिक रूप से भरे बैंड के बावजूद इन्सुलेट क्यों करते हैं?
Key concepts
- ऊर्जा बैंड और बैंड चौड़ाई
- अवस्थाओं का घनत्व
- बैंड गैप
- इंसुलेटर, अर्धचालक और धातु
- डोपिंग और वाहक प्रकार
- मॉट इंसुलेटर और सहसंबंध
Key theories
- कक्षक अतिव्यापन से बैंड निर्माण
- जैसे-जैसे परमाणु कक्षक एक आवधिक ठोस में अतिव्यापन करते हैं, उनके असतत स्तर बैंड में विस्तृत हो जाते हैं; बैंड चौड़ाई अतिव्यापन की शक्ति को दर्शाती है और अवस्थाओं का घनत्व बताता है कि इलेक्ट्रॉनिक स्तर ऊर्जा में कैसे वितरित होते हैं।
- बैंड गैप और चालकता वर्ग
- एक बड़े गैप द्वारा एक खाली चालन बैंड से अलग एक भरा हुआ संयोजकता बैंड एक इंसुलेटर देता है, एक छोटा गैप एक अर्धचालक देता है, और एक आंशिक रूप से भरा हुआ बैंड एक धातु देता है, जो ठोसों को उनके विद्युत व्यवहार से वर्गीकृत करता है।
- इलेक्ट्रॉन सहसंबंध और मॉट इंसुलेटर
- कुछ संक्रमण-धातु ऑक्साइड में मजबूत इलेक्ट्रॉन-इलेक्ट्रॉन प्रतिकर्षण इलेक्ट्रॉनों को स्थानीयकृत करता है और नाममात्र आधे-भरे बैंड में भी एक गैप खोलता है, जिससे मॉट इंसुलेटर उत्पन्न होते हैं जिनकी व्याख्या सरल बैंड चित्र नहीं कर सकता।
Clinical relevance
अकार्बनिक ठोसों की इलेक्ट्रॉनिक संरचना को समझना अर्धचालकों, फोटोवोल्टिक्स, पारदर्शी चालकों, उत्प्रेरकों और इलेक्ट्रॉनिक्स तथा ऊर्जा सामग्री में उपयोग किए जाने वाले कार्यात्मक संक्रमण-धातु ऑक्साइड के डिजाइन को आधार प्रदान करता है।
History
बैंड सिद्धांत ब्लोच के 1928 के आवधिक विभवों में इलेक्ट्रॉनों के उपचार से विकसित हुआ और हॉफमैन द्वारा रसायनज्ञों के लिए व्यक्त किए गए आणविक-कक्षक और ठोस-अवस्था चित्रों के संयोजन के माध्यम से रसायन विज्ञान में लागू किया गया। सहसंबद्ध ऑक्साइड पर मॉट के काम और संक्रमण-धातु ऑक्साइड के गुडइनफ के अध्ययनों से पता चला कि सरल बैंड मॉडल कहाँ टूट जाता है।
Key figures
- Felix Bloch
- Nevill Mott
- John Goodenough
- Roald Hoffmann
Related topics
Seminal works
- hoffmann1987
- west2014
- cox2010
Frequently asked questions
- एक बैंड एक आणविक-कक्षक आरेख जैसा कैसे है?
- एक बैंड बड़ी संख्या में परमाणुओं के लिए एक आणविक-कक्षक आरेख की सीमा है: जैसे-जैसे अधिक परमाणु कक्षक का योगदान करते हैं, असतत बंधन और प्रतिबंधन स्तर एक साथ एक लगभग-निरंतर ऊर्जा सीमा, यानी बैंड में भीड़ करते हैं।
- एक छोटा बैंड गैप अर्धचालक क्यों बनाता है?
- जब भरे हुए संयोजकता बैंड और खाली चालन बैंड के बीच का गैप छोटा होता है, तो तापीय ऊर्जा कुछ इलेक्ट्रॉनों को इसके पार बढ़ावा दे सकती है, जिससे पीछे मोबाइल होल रह जाते हैं; दोनों वाहक चालन करते हैं, इसलिए सामग्री मध्यम रूप से और तापमान के साथ बढ़ती हुई चालन करती है।