А   Б  В  Г  Д  Е  Є  Ж  З  І  Ї  Й  К  Л  М  Н  О  П  Р  С  Т  У  Ф  Х  Ц  Ч  Ш  Щ  Ю  Я 


Електрон - провідність - метал

Електрони провідності металу, здійснюючи безладне тепловий рух, можуть вилітати за межі металевого тіла. Тому у поверхні металу існує електронна хмара, постійно обмінюватися електронними з металом, так що електрони хмари і металу знаходяться в динамічній рівновазі між собою. Помітна концентрація електронів в хмарі спостерігається лини, на відстанях від поверхні металу порядку декількох міжатомних відстаней. На поверхні металу є надлишок позитивних зарядів іонів. Ці заряди і електронне хмара утворюють гонки подвійний електричний шар, електричне поло якого перешкоджає вильоту електронів з металу.

Електрони провідності металу, здійснюючи безладне тепловий рух, можуть вилітати за межі металевого тіла. Тому у поверхні металу існує електронна хмара, постійно обмінюватися електронними з металом, так що електрони хмари і металу знаходяться в динамічній рівновазі між собою. Помітна концентрація електронів в хмарі спостерігається лише на відстанях від поверхні металу порядку декількох міжатомних відстаней. На поверхні металу є надлишок позитивних зарядів іонів. Ці заряди і електронне хмара утворюють тонкий подвійний електричний шар, електричне поле якого перешкоджає вильоту електронів з металу.

Питомий опір. | Залежність питомої. | залежність критичної щільності струму від. індукції магнітного поля при 4 2 К. Електрони провідності металу об'єднуються в пари завдяки електрон-фононної взаємодії, внаслідок чого надпровідність виявляється чутливою до властивостей кристалічної решітки.

Чому електрони провідності металу утримуються всередині нього.

Рух електронів провідності металів дуже чутливо до того, який стан кристалічної решітки. Настільки, що довжина вільного пробігу електронів служить критерієм якості кристала. Чим їх ставлення більше, тим кристал чистіше. Вдається отримати зразки металів, у яких цей показник досягає сотень тисяч.

За відсутності електричного поля електрони провідності металу рухаються хаотично. Значення енергій хаотично рухаються підкоряються розподілу Фермі і можуть досягати 5 - 10 еВ, що відповідає середній швидкості руху електронів приблизно 108 см /с. На своєму шляху електрони відчувають численні взаємодії з електронами, фенолами і дефектами решітки. Електрон-електронні зіткнення відіграють незначну роль. Зіткнення електронів з фононами і дефектами визначають електричний опір металу.

Перші три. зони електронів. За сучасними уявленнями, електрони провідності металу можна розглядати як вільні. Їх рух в кристалі модулювати періодичним силовим полем решітки. Безперервний енергетичний спектр вільних електронів в - просторі розпадається на зони дозволених енергій - зони Бріллюена, розділені інтервалами енергій, забороненими для електронів. У тривимірному /г-просторі вони мають вигляд багатогранників, форма яких визначається симетрією кристалічних решіток, а ри - параметрами решітки. Для гранецентрированной решітки перша зона Бріллюена є октаедр, а об'ємно-центрованої решітки - кубічний додекаедр.

Форма і розташування електронних хмар при р 3 - (а і 8рг - Гі5 - рідіааціях (б. Ефект обумовлений квантуванням енергії електронів провідності металу в магн. В фотоелектричні ефекті фотон поглинається електроном провідності металу і віддає йому всю свою енергію. Розглянемо взаємодію порушеної атома водню з електронами провідності металу. Припустимо, що збуджений атом водню зі швидкістю VQ пролітає паралельно плоскій поверхні металу на відстані /о від цієї площини. Нехай d є дипольний момент для P-S - переходу при поздовжньої поляризації 2Р - атома.

Як, згідно квантової теорії, розподілені електрони провідності металів по енергіях при Т Про До Як змінюється цей розподіл при підвищенні температури.

Оскільки смуга провідності належить до всієї сукупності електронів провідності металу, малоймовірно, щоб подібні сильні зміни теплот хемосорбції викликалися переходом електронів на дозволені рівні або відходом з заповнених рівнів в процесі їх звільнення або захоплення при утворенні хімічних зв'язків на поверхні металу. Саме з цієї причини Тьомкіним[276]було введено уявлення про поверхневому електронному газі. Він передбачає, що у поверхні металу існує двовимірний електронний газ, який веде себе абсолютно незалежно від нормального тривимірного електронного газу.

Тому за відсутності зовнішнього магнітного поля сумарний магнітний момент електронів провідності металу дорівнює нулю. При накладенні зовнішнього магнітного поля картина змінюється. Електрон, спіновий магнітний момент якого паралельний до зовнішнього магнітного поля, буде мати менший потенційної енергією, ніж електрон з протилежно спрямованим спіновим магнітним моментом. Таким чином, перший електрон буде перебувати в енергетично більш вигідному (стійкому) стані, ніж другий.

Порівняння формули Дебая з досвідченими даними для Ag (/, алмазу (2 NaCl (3 і CaF2 (4. Коли сукупність атомів утворює метал, валентні електрони стають електронами провідності металу (див. гл. Якщо в разі одноатомних діелектриків при Т QD повна теплоємність дорівнює 3 то для металів треба очікувати величини 9/2 R.

Роботою виходу електрона з металу називають найменшу енергію , яку потрібно повідомити електрону провідності металу, для того щоб він міг вийти з металу у вакуум.

Роботою виходу електронів з металу називають найменшу енергію, яку потрібно повідомити електрону провідності металу, для того щоб він міг вийти з металу у вакуум.

Схема пояснення електричної індукції в електронній теорії, ф - позитивні іони металу, - електрони провідності. а - метал в незарядженому стані, б-метал в присутності впливає тіла. У явищі електричної індукції наближення впливає тіла викликає поява сил, що діють на електрони провідності металу, від чого вони переміщаються і перерозподіляються, поки не буде досягнуто нове положення рівноваги.

Атоми першого стану водню розташовані на зовнішній поверхні металу і для утворення зв'язку використовують електрони провідності металу. Атоми другого стану втоплені нижче електронної площині металу і диссоційовані на протони й електрони.

Спробуємо тепер більш точно описати ефект Соколова як результат взаємодії порушеної атома водню з електронами провідності металу, припускаючи, що електрони знаходяться в стані квантового хаосу. Оскільки розглянутий ефект являє собою результат досить складного механізму взаємодії дуже багатьох частинок, при описі кінетики електронів провідності буде прийнята найпростіша газова модель.

У цій роботі каталітична активність металу зв'язується зі здатністю електронного газу (іншими словами, електронів провідності металу) екранувати кулонівської взаємодії між електроном і протоном в атомі водню. Встановлено, що ступінь екранування залежить, в кінцевому рахунку, від щільності станів на кордоні Фермі і радіусу поверхні Фермі.

Схема пояснення електричної індукції в електронній теорії. В рамках електронної теорії це пояснюється тим, що наближення впливає тіла викликає поява сил, що діють на електрони провідності металу, від чого вони переміщаються і перерозподіляються, поки не буде досягнуто нове положення рівноваги.

У металах, що володіють високу електропровідність, ця умова досить добре задовольняється: електричне поле, створюване йдуть електроном, встигає компенсуватися переміщенням електронів провідності металу. Інші умови виникають в напівпровідниках з малою концентрацією вільних зарядів. Тут необхідно уважно розглянути механізм видалення електрона зі складу тіла.

У металах, що володіють високою електропровідністю, це умовно досить добре задовольняється: електричне поле, створюване йдуть електроном, встигає компенсуватися переміщенням електронів провідності металу, не змінюючи істотно розподілу решти електронів. Інші умови виникають в напівпровідниках з малою концентрацією вільних зарядів. Тут необхідно уважно розглянути механізм видалення електрона зі складу тіла.

До висновку формули для питомого опору металевого провідника.

Згодом електроінерціонние явища вивчалися в різних варіантах, причому на основі дослідів було обчислено відношення заряду електрона е до його масі т для електронів провідності металів: воно виявилося однаковим для різних металів і притому що збігається зі значенням е /т, отриманим раніше при вивченні електронів в катодних променях.

Початкова ділянка кривої о /(. /В слу. Заміщення порожніх місць в цих оболонках електронами далеких від ядра оболонок призводить до випромінювання всередині металу рентгенових променів, здатних в свою чергу передати свій квант енергії електронам провідності металу і змусити їх частково вилітати з металу. Горбики, які відповідають цим електронам, можна знайти в кривих розподілу швидкостей вторинних електронів. Однак вибивання електронів з внутрішніх електронних оболонок атомів металу грає при вторинної емісії лише другорядну роль. Вторинна електронна емісія з металів здійснюється в основному шляхом виходу з металу електронів провідності завдяки додаткової енергії, отриманої ними безпосередньо від первинних електронів.

Ця обставина також пояснюється тим, що первинні електрони проникають в метал досить глибоко, поки вони не розтратять весь надлишковий запас енергії, в порівнянні з середньою енергією електронів провідності металу. Як показує схематичний малюнок 80 чим більше кут падіння первинного електрона, тим ближче до поверхні знаходиться кінець А2 шляху, пробігає електроном в металі до повної втрати надлишкової енергії. електрони металу, яким первинний електрон передає при взаємодії з ними свою енергію, отримують її при нормальному падінні первинних електронів в середньому на більшій відстані від поверхні Про А, ніж при косому падінні Вац. Тому при нормальному падінні первинних електронів вторинні електрони зустрічають більше перешкод при виході з металу. Кількість електронів, що виходять з металу, збільшується в міру збільшення кута падіння ос первинних електронів.

Більшість квазичастиц, підкоряються фермієвського статистикою, пов'язане з перенесенням заряду. Електрони і дірки напівпровідників, електрони провідності металів, нормальні електрони в надпровіднику, полярони і флуктуони - ось короткий, але досить повний перелік квазичастиц-ферміонів. У всіх перерахованих випадках квазічастинка має елементарний електричний заряд е, і в цьому сенсі ква-зічастіци-ферміони ближче до реальних частинок, ніж квазічастинки-бозони.

Незважаючи на великі зусилля, витрачені багатьма дослідниками на вивчення надпровідності, її фізична природа була зрозуміла лише в 1957 р зі створенням Бардіним, Купером і Шріффером мікроскопічної теорії цього явища, що отримала згодом назву БКД1 теорії. В основі її лежить уявлення, що між електронами провідності металу можуть діяти сили тяжіння, що виникають внаслідок поляризації ними кристалічної решітки.

Схема газових (СО2 лазерів. Випромінювання лазера, сфокусоване спеціальними оптичними пристроями, може виділяти на поверхні металу велика кількість теплоти. Частина цієї теплоти у вигляді квантів світла поглинається електронами провідності металу. Вони передають свою енергію кристалічним ґратам. Нагрівання наступних шарів здійснюється внаслідок теплопровідності.

Електричне поле рівномірно зарядженої площини. | Електричне поле біля поверхні зарядженого провідника. Далі очевидно, що в цьому випадку напруженість поля всередині провідника завжди дорівнює нулю. Дійсно, якби це було не так, то електрони провідності металу прийшли б в рух, тобто в провіднику виник би електричний струм, що суперечить умові.

Енергетичний спектр металу (а і ізолятора (б. Число таких електронів, спочатку незначне, швидко збільшується зі зростанням температури. Ці електрони в зоні провідності поводяться так само, як і електрони провідності металів. Вони забезпечують металеву електропровідність (але менш значну через малого загального числа таких електронів); вони ж, очевидно, повинні приводити і до появи в речовині типово металевої зв'язку, але вже як додаткової до основної зв'язку, яка у напівпровідників ковалентен-ва. Таким чином, при дуже низьких температурах в напівпровідниках хімічний зв'язок майже цілком ко-валентна, а з підвищенням температури до зв'язку з цим все більш домішується металева зв'язок.

З цього важливого експериментального факту випливає, що механізм виникнення електронів провідності в напівпровідниках різко різниться від механізму виникнення тих же електронів в металах. Як при абсолютному нулі температури, так і при температурі плавлення концентрація електронів провідності металу незмінна. Це означає, що на їх освіту тепловий рух не робить ніякого впливу.

Ха - атомна сприйнятливість; атоми, наприклад, елементарних напівпровідників (Ge, Si, oc - Sn) не мають постійного магнітного моменту як у вільному стані, так і в кристалічній решітці, тому ідеальний кристал такого типу при Т - Про диамагнитен. Сприйнятливість XL обумовлена електронами в зоні провідності і дірками у валентній зоні і за своїм характером аналогічна магнітної сприйнятливості електронів провідності металів.

Зурманом[62-65]були розроблені методи вимірювання електропровідності тонких металевих плівок під час хемосорбції ряду простих адсорбатов, в тому числі води. Електропровідність металевої плівки буде змінювати - ся під час акту хемосорбції або десорбції, якщо електрони молекул адсорбата беруть участь в електронній провідності самого металу або електрони провідності металу входять до складу електронних оболонок молекул адсорбата.

До теперішнього часу будова вуглецевого речовини нафтового походження - нафтових коксів - пояснюється з позицій графито-крісталлітного будови. Дані по дослідженню зразків коксов різної структури методом ЕПР ( голчастий кокс Красноводського НПЗ, піролізний КНПС-ЗК і рядовий Ново-Уфимського НПЗ L 2 J), пропечений до високих температур, показують що вище 1ЕОО З в зразках етжх коксов спостерігається Дайсоновская лінія поглинання, характерна для електронів провідності металів і чистих графітів.

Однак не всі електрони зони провідності металу здатні об'єднуватися в куперовские пари, а тільки ті з них, які можуть порушуватися і змінювати свої статки. Такими є лише фермієвського електрони, відповідальні за електропровідність металів. Вони складають приблизно 10 - 4 від загального числа електронів провідності металу.

Оскільки нас будуть цікавити як довгохвильові, і короткохвильові збудження діелектрика, їх розглядів будемо вести в рамках мікротеоріі. Такий підхід виправданий, тому що середнє відстань між електронами провідності металу (1 А) мног.

До теперішнього часу будова вуглецевого речовини нафтового походження - нафтових коксів - пояснюється з позицій графито-крісталлітного будови. Дані по дослідженню зразків коксов різної структури методом ЕПР (голчастий кокс Красноводського НПЗ, піролізний КШС-ЗК і рядовий Ново-Уфимського НПЗ L 2 J), пропечений до високих температур, показують. З в зразках цих коксов спостерігається Дайсоновская лінія поглинання, характерна для електронів провідності металів і чистих графітів.

З рис. 69 видно, що середня енергія електронів провідності в напівпровіднику більше, ніж в металі, на величину не меншу, ніж Ес-F. Щоб електрони з металу могли перейти в напівпровідник, вони повинні подолати потенційний бар'єр висотою принаймні EC-F; для цього вони повинні отримати енергію від решітки, що приводить до охолоджування металу в області контакту. Якщо змінити напрямок струму, то тепер електрони, переходячи з напівпровідника в метал, матимуть надлишок енергії в порівнянні з електронами провідності металу. Приходячи в рівновагу з ними, електрони, що пройшли через контакт, віддадуть надлишок енергії (не менше Ес-F) решітці, що і призведе до виділення тепла на контакті.

Коефіцієнт вторинної емісії 8 залежить від того кута, під яким первинні електрони потрапляють на поверхню металу. Чим більше цей кут а, відлічуваний від нормалі до поверхні, тим більше і коефіцієнт про аж до кута в 70 на якому обриваються наявні в літературі експериментальні дані. Ця обставина також пояснюється тим, що первинні електрони проникають в метал досить глибоко, поки вони не розтратять весь надлишковий запас енергії, в порівнянні з середньою енергією електронів провідності металу.

Що стосується механізму вторинної емісії під дією позитивних іонів, то він повинен істотно відрізнятися від механізму вторинної електронної емісії під дією електронів. Проникнення повільних позитивних іонів всередину металу не відбувається. Наявні дані про розподіл швидкостей електронів, еміттіруемих різними металами при бомбардуванні їх позитивними іонами калію, дозволяють зробити висновок, що вихід електронів з металу обумовлюється передачею позитивними іонами їх кінетичної енергії кристалічній решітці металу з подальшою передачею цієї енергії в небагатьох найбільш сприятливих випадках одному з електронів провідності металу.

Вона спочатку була створена для пояснення властивостей легкого ізотопу гелію (3Не) в області температур 001 - - 0 1 К. В мілліградусном діапазоні 3Не переходить в надтекучий стан, і його властивості не можуть бути описані теорією фермі-рідини Ландау. Потім теорія фермі-рідини була пристосована для опису електронів провідності металу. Фермі-рідинні ефекти в напівметалах і напівпровідниках дуже малі.

Адсорбція на поверхні металів під впливом неполярних сил Ван-дер - Ваальса вимагає спеціального розгляду. У літературі є багато спроб трактувати метал як речовина, що володіє ідеальною поляризуемостью. Однак, як вказують Маргенау і Поллард[28], Використання уявлення про так званому зображенні стикається із серйозними запереченнями. Індукують поля диполів в неполярной молекулі змінюються безперервно і настільки швидко, що електрони провідності металу не можуть встигати у своєму переміщенні за цими змінами. Тому метал поводиться по відношенню до сил Ван-дер - Ваальса як діелектрик.

Адсорбція на поверхні металів під впливом неполярних сил Ван-дер - Ваальса вимагає спеціального розгляду. У літературі є багато спроб трактувати метал як речовина, що володіє ідеальною поляризуемостью. Однак, як вказують Маргенау і Полла рд[28], Використання уявлення про так званому зображенні стикається із серйозними запереченнями. Індукують поля диполів в неполярной молекулі змінюються безперервно і настільки швидко, що електрони провідності металу не можуть встигати у своєму переміщенні за цими змінами. Тому метал поводиться по відношенню до сил Ван-дер - Ваальса як діелектрик.

Більш серйозне зауваження було зроблено барку[265]при обговоренні питання про сталість теплоти розчинення газів в металах. Грунтуючись на тому, що теплота розчинення водню в металі не зменшується зі збільшенням концентрації водню, Будар зробив висновок, що аналогічна закономірність може мати місце і в разі поверхні. Теплота розчинення водню в р-титані[269]при концентраціях, менших 10 атомна. Це збільшення теплоти розчинення зумовлено розширенням решітки. В даному прикладі має також місце обмін з електронами провідності металу. Тому, якщо при розчиненні не відбувається зміни теплоти процесу зі збільшенням концентрації, то можна очікувати, що воно не буде спостерігатися і при обміні електронами між хемосорбірован-ними атомами і поверхневим шаром електронів.

Більш серйозне зауваження було зроблено барку[265]при обговоренні питання про сталість теплоти розчинення газів в металах. Грунтуючись на тому, що теплота розчинення водню в металі не зменшується зі збільшенням концентрації водню, Будар зробив висновок, що аналогічна закономірність може мати місце і в разі поверхні. Теплота розчинення водню в 3-титані[269]при концентраціях, менших 10 атомна. Це збільшення теплоти розчинення зумовлено розширенням решітки. В даному прикладі має також місце обмін з електронами провідності металу. Тому, якщо при розчиненні не відбувається зміни теплоти процесу зі збільшенням концентрації, то можна очікувати, що воно не буде спостерігатися і при обміні електронами між хемосорбірован-ними атомами і поверхневим шаром електронів.

Добре відомо, що для перекладу електрона з твердого тіла в вакуум необхідно затратити певну енергію. Приймемо за початок відліку енергію електрона, що знаходиться у вакуумі далеко від даного тіла і покоїться щодо нього. В такому випадку повна енергія електронів, що покояться в твердому тілі, негативна. Електрон, що знаходиться на дні зони провідності, має нульову кінетичну енергію, його повна енергія, з точки зору класичної фізики, є потенційною енергією. Величина W дорівнює роботі, необхідної для перекладу покоїться в твердому тілі електрона в вакуум без повідомлення йому кінетичної енергії, W називається істинної роботою виходу, вона визначає глибину потенційної ями, яка відповідає електронам провідності металу. Рівні енергії, що лежать вище Ес, практично повністю зайняті аж до рівня Фермі. Електрони, що мають повну негативну енергію, не можуть вийти з металу. Але серед електронів є і такі, які мають позитивну повну енергію; вони здатні вийти з металу. Обчислимо потік електронів з металу в вакуум за рахунок їх теплової енергії.