Hva er et konduksjonsband?

Brukt i kvantemekanikk refererer begrepet ledningsbånd til et område med kombinerte orbitaler, eller et bånd, for elektroner i et molekyl. I motsetning til valensbåndet inneholder ledningsbåndet sjelden elektroner. I opphissede tilstander vil elektronene bevege seg inn i ledningsbåndet øyeblikkelig før de frigjør energien sin og faller tilbake i lavere elektronbunn. Å forstå atferden til elektroner med hensyn til dette båndet er nyttig for å forstå måten forskjellige stoffer oppfører seg på. I kvantemekanikk tas konseptet med ledningsbandet opp i bandteori.

Atomer er ordnet med protoner - positivt ladede partikler - og nøytroner - nøytrale partikler - gruppert i sentrum. Elektroner - bittesmå negativt ladede molekyler - går i bane rundt den sentrale klyngen, på samme måte som planetene i solsystemet går i bane rundt solen. I likhet med planetene har elektronene satt baner. I motsetning til planetene, kan imidlertid elektronene bevege seg inn i en annen bane hvis de får nok energi.

Generelt finnes elektroner i de nedre orbitals i et atom. Elektroner vil alltid fylle det laveste omløpet først, bare flytte til det neste når det første er fylt. Denne naturlige plasseringen kalles atomets grunntilstand.

Valenselektroner fra ett atom, eller de som vanligvis finnes i det ytterste båndet av grunnstatens orbitaler, kan deles med andre atomer. I kovalente bindinger deler valenselektroner av flere atomer sine orbitaler. De originale orbitalene til valenselektronene sløres sammen og skaper et valensbånd i molekylet.

Når elektroner får energi, eller når en opphisset tilstand, kan de flytte til høyere orbitaler, funnet i ledningsbåndet. Elektroner må ha nok energi til å hoppe over et ikke-elektronisk område, eller båndgap, for å nå ledningsbåndet. Siden elektroner til slutt foretrekker å være i grunntilstand, en gang i ledningsbåndet, frigjør de energi i form av lysfotoner og faller tilbake til valensbåndets orbitaler. Den totale tiden et elektron er i ledningsbåndet er mindre enn ett sekund.

Evnen til elektronene å nå ledningsbåndet bestemmer den elektriske ledningsevnen til et objekt. Ulike stoffer har forskjellige båndgapstørrelser, så noen stoffer krever mindre energi for å flytte elektroner mellom orbitaler. Ledere har for eksempel et lite båndgap, så elektroner krever ikke mye energi for å hoppe dette minimale gapet og nå ledningsbåndet. Dette er grunnen til at ledere er ideelle for ledning av strøm. Motsatt har isolatorer et veldig stort båndgap, så de krever betydelig mer energi for elektroner for å få hoppet, og dermed leder ikke strøm godt.