Могут ли электроны переходить внутри энергетических зон или они должны переходить из одной зоны в другую?

Некоторое время назад я задал вопрос о поглощении материей различных длин волн ( см. этот пост ). Я получил несколько отличных ответов, которые побудили провести более глубокое исследование, особенно в отношении зонных структур / энергетических зон в материалах. Я сделал это и теперь лучше понимаю эту тему, хотя она все еще находится в зачаточном состоянии.

Я постараюсь объяснить, как я на данный момент понимаю эту тему, а затем сформулирую свои вопросы. Насколько мне известно, когда несколько атомов, каждый из которых имеет лишь несколько дискретных энергетических уровней, собираются вместе, чтобы сформировать более сложный объект, их энергетические уровни перекрываются. Однако из-за принципа запрета Паули никакие два электрона не могут существовать на одном и том же энергетическом уровне, поэтому каждый энергетический уровень распадается на 2 новых уровня. Распространение этого процесса на большое количество атомов приводит к тому, что сложные материалы имеют непрерывные энергетические «полосы» вместо нескольких дискретных энергетических уровней.

Мой первый вопрос касается поглощения света электронами в этих энергетических диапазонах. Может ли фотон быть поглощен только в том случае, если он переведет электрон в более высокую полосу? Или он может поглотить фотон и просто перейти на более высокий энергетический уровень в пределах своего текущего диапазона? Первый вариант ограничит количество длин волн, которые могут быть поглощены, в то время как мое второе предположение означает, что может быть поглощено гораздо больше длин волн.

Кроме того, я так понимаю, что размер запрещенной зоны материала также определяет его проводимость, где большая ширина запрещенной зоны (например, стекло) = изолятор, умеренная ширина запрещенной зоны = полупроводник и отсутствие запрещенной зоны = проводник. Я также часто читал, что ширина запрещенной зоны определяет коэффициент пропускания объекта. Например, большая ширина запрещенной зоны изолятора будет означать, что видимый свет не может возбуждать фотоны через запрещенную зону, что делает объект прозрачным для видимого света. Однако если это так, то как может быть, что некоторые изоляторы, такие как стекло, прозрачны для видимого света, а другие, такие как дерево, непрозрачны?

Я был бы рад, если бы кто-нибудь мог прояснить эти недоразумения или даже порекомендовать хороший источник. Спасибо!

Ответы (2)

Это краткий ответ, но, надеюсь, он укажет вам правильное направление. В электронных энергетических зонах есть некоторые переходы с более низкой энергией, они происходят из-за молекулярной вибрации (и даже переходы с более низкой энергией из-за вращения), которые можно стимулировать за счет поглощения фотонов с более низкой энергией. Что касается электронов, движущихся внутри электронной зоны из-за фотонов, то это скорее косвенный результат заполнения дыры, оставленной электроном, пересекающим запрещенную зону. Энергия электрона в энергетической зоне основана на распределении Ферми-Дирака (с которым могут помочь еще несколько учебников по физике).

Что касается вашего второго вопроса, кто-то другой сможет дать лучший ответ, но я думаю, что в древесине много молекул, которые приводят к непрозрачности.

Большое спасибо, это определенно помогает узнать, что внутри самих групп есть несколько возможностей перехода. Я сделаю еще несколько исследований в этом направлении. Спасибо!
Не беспокойтесь, я чувствую, что должен уточнить, поскольку я не уверен, что написал это особенно хорошо, колебательные и вращательные переходы технически не электронные, а молекулярные. Электроны при переходе в зону проводимости могут достигать более высокого колебательного уровня, затем электроны расслабляются и выделяют тепло (через испускание фононов). Итак, это еще одно потенциальное движение электрона в энергетической зоне.

Вы обсуждаете в рамках модели зонную теорию твердого тела .

теория полос

Обратите внимание, что ось Y на этом рисунке — это энергия. Как вы говорите, в зоне проводимости также есть определенные энергетические уровни, за исключением того, что они находятся достаточно близко по энергии, чтобы образовать практически континуум.

Может ли фотон быть поглощен только в том случае, если он переведет электрон в более высокую полосу? Или он может поглотить фотон и просто перейти на более высокий энергетический уровень в пределах своего текущего диапазона?

Изменение уровней энергии определяет необходимую энергию фотона, E=hν. Потребуется фотон гораздо более высокой энергии, чтобы поднять электрон с энергетического уровня валентной зоны в зону проводимости. Фотоны очень низкой энергии будут поднимать электроны в пределах зоны проводимости, где эту работу выполнят инфракрасные фотоны излучения черного тела.

в то время как мое второе предположение означает, что может быть поглощено гораздо больше длин волн.

за исключением того, что это будут фотоны очень низкой энергии.

Для прозрачности, возможно, этот вопрос и ответ помогут вам.

Могут ли электроны переходить внутри энергетических зон или они должны переходить из одной зоны в другую?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v