धातुएँ, कुचालक और बैंड गैप
कोई ठोस चालक है या नहीं, यह इस बात से तय होता है कि उसके इलेक्ट्रॉन बैंड को कैसे भरते हैं: आंशिक रूप से भरा हुआ बैंड एक धातु बनाता है, जबकि एक खाली बैंड के नीचे एक भरा हुआ बैंड, जो एक गैप से अलग होता है, एक कुचालक या अर्धचालक बनाता है।
Definition
धातु-कुचालक वर्गीकरण बैंड फिलिंग से आता है: आंशिक रूप से भरे हुए बैंड वाला ठोस एक धातु है, पूरी तरह से भरे हुए बैंड वाला ठोस, जो खाली बैंड से एक गैप द्वारा अलग होता है, एक कुचालक है या, एक छोटे गैप के लिए, एक अर्धचालक है; बैंड सिद्धांत से परे सहसंबंध नाममात्र धात्विक प्रणाली को मॉट कुचालक बना सकते हैं।
Scope
यह विषय बैंड-फिलिंग और बैंड गैप के आकार के अनुसार ठोस पदार्थों के धातुओं, अर्धचालकों और कुचालकों में बैंड-सिद्धांत वर्गीकरण, संयोजी इलेक्ट्रॉनों की संख्या और बैंड ओवरलैप की भूमिका, प्रत्यक्ष और अप्रत्यक्ष गैप के बीच अंतर, और मॉट कुचालकों द्वारा उदाहरणित स्वतंत्र-इलेक्ट्रॉन चित्र की सीमाओं को शामिल करता है, जहाँ इलेक्ट्रॉन सहसंबंध, न कि बैंड फिलिंग, कुचालक व्यवहार को संचालित करता है। यह बैंड संरचना को सामग्रियों के मूल विद्युत चरित्र से जोड़ता है।
Core questions
- बैंड फिलिंग धातुओं को कुचालकों और अर्धचालकों से कैसे अलग करती है?
- प्रति सेल संयोजी इलेक्ट्रॉनों की सम संख्या कुचालक की गारंटी क्यों नहीं देती है?
- प्रत्यक्ष और अप्रत्यक्ष बैंड गैप में क्या अंतर है?
- एक सामग्री जिसे बैंड सिद्धांत धात्विक होने की भविष्यवाणी करता है, वह वास्तव में कुचालक कैसे हो सकती है?
Key concepts
- बैंड फिलिंग और आंशिक अधिभोग
- बैंड गैप और बैंड ओवरलैप
- प्रत्यक्ष बनाम अप्रत्यक्ष गैप
- सेमीमेटल और संयोजी-इलेक्ट्रॉन संख्या की भूमिका
- मॉट कुचालक और सहसंबंध-संचालित कुचालकता
Key theories
- ठोस पदार्थों का बैंड-फिलिंग वर्गीकरण
- स्वतंत्र-इलेक्ट्रॉन बैंड सिद्धांत के भीतर एक क्रिस्टल का विद्युत चरित्र इस बात से तय होता है कि उच्चतम अधिग्रहित बैंड आंशिक रूप से भरा हुआ है (धातु) या उसके ऊपर एक गैप के साथ पूर्ण है (कुचालक या अर्धचालक), बैंड ओवरलैप सेमीमेटल का उत्पादन करता है।
- मॉट धातु-कुचालक संक्रमण
- जब बैंडविड्थ की तुलना में इलेक्ट्रॉन-इलेक्ट्रॉन प्रतिकर्षण मजबूत होता है, तो एक आधा-भरा हुआ बैंड जिसे बैंड सिद्धांत धात्विक होने की भविष्यवाणी करता है, इसके बजाय इलेक्ट्रॉनों को स्थानीयकृत करता है, जिससे स्वतंत्र-इलेक्ट्रॉन चित्र की पहुंच से बाहर एक मॉट कुचालक बनता है।
Clinical relevance
धातु-कुचालक भेद एक इलेक्ट्रॉनिक सामग्री का सबसे मूलभूत गुण है और यह हर उपकरण में कंडक्टरों, कुचालकों और अर्धचालकों के चुनाव का आधार है; सहसंबंध-संचालित मॉट भौतिकी उच्च-तापमान अतिचालकों और अन्य क्वांटम सामग्रियों के लिए केंद्रीय है।
History
धातुओं और कुचालकों के विल्सन के 1931 के बैंड सिद्धांत ने बैंड फिलिंग द्वारा चालन की व्याख्या की, लेकिन कुचालक संक्रमण-धातु ऑक्साइड का अस्तित्व, जिन्हें बैंड सिद्धांत ने धातु होने की भविष्यवाणी की थी, ने मॉट और पीयरल्स को 1930 के दशक से इलेक्ट्रॉन सहसंबंध की निर्णायक भूमिका को पहचानने के लिए प्रेरित किया।
Debates
- स्वतंत्र-इलेक्ट्रॉन बैंड सिद्धांत की सीमाएँ
- बैंड सिद्धांत का विशुद्ध रूप से एकल-कण वर्गीकरण संक्रमण-धातु ऑक्साइड जैसे दृढ़ता से सहसंबंधित सामग्रियों के लिए विफल रहता है; बैंड चित्र को कितनी दूर तक बढ़ाया जा सकता है बनाम जहाँ वास्तव में कई-निकाय उपचार की आवश्यकता होती है, संघनित पदार्थ भौतिकी का एक केंद्रीय विषय बना हुआ है।
Key figures
- Alan Herries Wilson
- Nevill Mott
- Rudolf Peierls
Related topics
Seminal works
- ashcroft1976
- mott1968
Frequently asked questions
- भरा हुआ बैंड वाली सामग्री कुचालक क्यों होती है?
- एक पूरी तरह से भरा हुआ बैंड कोई शुद्ध धारा नहीं ले जाता है क्योंकि हर इलेक्ट्रॉन के लिए जो एक दिशा में चलता है, एक विपरीत दिशा में चलता है; केवल एक आंशिक रूप से भरा हुआ बैंड, जहाँ इलेक्ट्रॉनों के पास त्वरित होने के लिए खाली आस-पास की अवस्थाएँ होती हैं, चालन कर सकता है।
- एक मॉट कुचालक एक साधारण बैंड कुचालक से कैसे भिन्न होता है?
- एक बैंड कुचालक कुचालक होता है क्योंकि उसके बैंड भरे होते हैं; एक मॉट कुचालक में आंशिक रूप से भरा हुआ बैंड होता है और बैंड सिद्धांत के अनुसार इसे चालन करना चाहिए, लेकिन मजबूत कूलम्ब प्रतिकर्षण इलेक्ट्रॉनों को स्थानीयकृत करता है, इसलिए कुचालकता बैंड फिलिंग के बजाय अंतःक्रियाओं से आती है।