วงการนำคืออะไร?

ใช้ในกลศาสตร์ควอนตัม, วงการนำความหมายหมายถึงพื้นที่ของ orbitals รวมหรือวงดนตรีสำหรับอิเล็กตรอนในโมเลกุล ซึ่งแตกต่างจากวงวาเลนซ์วงการนำไฟฟ้าไม่ค่อยมีอิเล็กตรอน ในสถานะที่ตื่นเต้นอิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่เข้าสู่วงการนำไฟฟ้าชั่วขณะก่อนที่จะปล่อยพลังงานและตกลงสู่วงโคจรของอิเล็กตรอนที่ต่ำกว่า การทำความเข้าใจพฤติกรรมของอิเล็กตรอนเกี่ยวกับแถบนี้จะเป็นประโยชน์ในการทำความเข้าใจกับพฤติกรรมของสารต่าง ๆ ในกลศาสตร์ควอนตัมแนวความคิดของวงการนำคือการกล่าวถึงในทฤษฎีวง

อะตอมถูกจัดเรียงด้วยโปรตอน - อนุภาคที่มีประจุบวก - และนิวตรอน - อนุภาคที่เป็นกลาง - กระจุกอยู่ตรงกลาง อิเล็กตรอน - โมเลกุลที่มีประจุลบเล็ก ๆ - โคจรรอบกลุ่มกลางคล้ายกับที่ดาวเคราะห์ในระบบสุริยะโคจรรอบดวงอาทิตย์ อิเล็กตรอนได้ตั้งวงโคจรเช่นเดียวกับดาวเคราะห์ อย่างไรก็ตามอิเล็กตรอนสามารถเคลื่อนที่ไปในวงโคจรที่แตกต่างจากดาวเคราะห์ได้หากพวกมันได้พลังงานเพียงพอ

โดยทั่วไปจะพบอิเล็กตรอนในวงโคจรล่างของอะตอม อิเล็กตรอนจะเติมเต็มวงโคจรที่ต่ำที่สุดก่อนเสมอย้ายไปยังตำแหน่งถัดไปเมื่อถูกเติมเต็มครั้งแรกเท่านั้น ตำแหน่งตามธรรมชาตินี้เรียกว่าสถานะพื้นของอะตอม

วาเลนซ์อิเล็กตรอนของอะตอมหนึ่งหรือที่มักจะพบในแถบวงนอกสุดของวงโคจรสถานะพื้นมีความสามารถที่จะใช้ร่วมกับอะตอมอื่น ในพันธะโควาเลนต์อิเล็กตรอนของวาเลนซ์หลายอะตอมจะมีวงโคจรร่วมกัน วงโคจรดั้งเดิมของอิเล็กตรอนวาเลนซ์เบลอเข้าด้วยกันสร้างวงเวเลนซ์ในโมเลกุล

เมื่ออิเล็กตรอนได้รับพลังงานหรือถึงสภาวะที่น่าตื่นเต้นพวกมันสามารถเคลื่อนที่ไปยังวงโคจรที่สูงขึ้นซึ่งพบได้ในแถบการนำไฟฟ้า อิเล็กตรอนจะต้องมีพลังงานเพียงพอที่จะกระโดดข้ามพื้นที่ที่ไม่ใช่อิเล็กตรอนหรือช่องว่างของแถบเพื่อที่จะไปให้ถึงวงนำ เนื่องจากอิเล็กตรอนในที่สุดต้องการอยู่ในสภาพพื้นดินเมื่ออยู่ในแถบการนำไฟฟ้าพวกมันจะปล่อยพลังงานในรูปของแสงโฟตอนและถอยกลับไปยังวงโคจรของวงวาเลนซ์ เวลารวมที่อิเล็กตรอนอยู่ในแถบการนำไฟฟ้ามีค่าน้อยกว่าหนึ่งวินาที

ความสามารถของอิเล็กตรอนในการเข้าถึงแถบการนำไฟฟ้าเป็นตัวกำหนดความนำไฟฟ้าของวัตถุ สารที่แตกต่างกันมีขนาดช่องว่างของแถบที่ต่างกันดังนั้นสารบางชนิดต้องการพลังงานน้อยกว่าในการเคลื่อนย้ายอิเล็กตรอนระหว่างวงโคจร ยกตัวอย่างเช่นตัวนำมีช่องว่างแถบเล็กดังนั้นอิเล็กตรอนจึงไม่ต้องการพลังงานมากนักในการกระโดดข้ามช่องว่างเล็ก ๆ น้อย ๆ นี้และไปถึงวงนำ นี่คือเหตุผลที่ตัวนำเหมาะสำหรับการนำไฟฟ้า ในทางกลับกันฉนวนนั้นมีช่องว่างขนาดใหญ่มากดังนั้นพวกมันจึงต้องการพลังงานมากขึ้นสำหรับอิเล็กตรอนในการกระโดด