Hvad er et ledningsbånd?

Brugt i kvantemekanik refererer udtrykket ledningsbånd til et område med kombinerede orbitaler eller et bånd for elektroner i et molekyle. I modsætning til valensbåndet indeholder ledningsbåndet sjældent elektroner. I ophidsede tilstande bevæger elektroner sig ind i ledningsbåndet et øjeblik, før de frigiver deres energi og falder tilbage i lavere elektroniske orbitaler. At forstå elektronernes adfærd med hensyn til dette bånd er nyttigt til at forstå, hvordan forskellige stoffer opfører sig. I kvantemekanik behandles konduktionsbåndet i båndteori.

Atomer er arrangeret med protoner - positivt ladede partikler - og neutroner - neutrale partikler - samlet i midten. Elektroner - små negativt ladede molekyler - kredser om den centrale klynge, svarende til den måde planeterne i solsystemet kredser om solen. Ligesom planeterne har elektroner indstillet kredsløb. I modsætning til planeterne kan elektroner imidlertid bevæge sig ind i en anden bane, hvis de får nok energi.

Generelt findes elektroner i de lavere orbitaler i et atom. Elektroner vil altid udfylde den laveste orbital først, og flytte kun til den næste, når den første er fyldt. Denne naturlige placering kaldes atomets jordtilstand.

Valenselektroner fra et atom eller dem, der normalt findes i det yderste bånd af jordtilstandskredsløbene, kan deles med andre atomer. I kovalente bindinger deler valenselektroner fra flere atomer deres orbitaler. De originale orbitaler i valenselektronerne sløres sammen og skaber et valensbånd i molekylet.

Når elektroner får energi eller når en ophidset tilstand, kan de flytte til højere orbitaler, der findes i ledningsbåndet. Elektroner skal have tilstrækkelig energi til at hoppe over et ikke-elektronisk område eller båndspalte for at nå ledningsbåndet. Da elektroner i sidste ende foretrækker at være i jordtilstand, når de først er i ledningsbåndet, frigiver de energi i form af lette fotoner og falder tilbage til deres valensbåndets orbitaler. Den samlede tid, et elektron er i ledningsbåndet, er mindre end et sekund.

Elektronenes evne til at nå ledningsbåndet bestemmer den elektriske ledningsevne for et objekt. Forskellige stoffer har forskellige båndgapstørrelser, så nogle stoffer kræver mindre energi til at flytte elektroner mellem orbitaler. For eksempel har ledere en lille båndafstand, så elektroner kræver ikke meget energi for at springe dette minimale hul og nå ledningsbåndet. Derfor er ledere ideelle til ledning af elektricitet. Omvendt har isolatorer et meget stort båndafstand, så de kræver markant mere energi til elektroner for at gøre springet og derfor ikke leder elektricitet godt.