Простое изображение жесткой связи показывает, как разрешенные состояния в твердом теле могут быть квантованы с помощью разрешенного волнового числа.
Альтернативное объяснение образования (почти) непрерывных энергетических уровней (т. е. зон) выглядит следующим образом: «... если большое количество N одинаковых атомов собирается вместе, образуя твердое тело, такое как кристаллическая решетка, атомы ' атомные орбитали перекрываются. Поскольку принцип запрета Паули диктует, что никакие два электрона в твердом теле не имеют одинаковых квантовых чисел, каждая атомная орбиталь расщепляется на N дискретных молекулярных орбиталей, каждая из которых имеет разную энергию. Поскольку количество атомов в макроскопическом куске solid - очень большое число ( ) число орбиталей очень велико, и поэтому они очень близко разнесены по энергии (порядка эВ). Энергия соседних уровней настолько сближена, что их можно рассматривать как континуум, энергетическую полосу." [скопировано из Википедии ]].
Как совместить два понятия?
Объем (т. е. размер) твердого тела пропорционален числу частиц в нем, так как плотность постоянна (иначе оно становится другим твердым телом) — так, если мы говорим, что расстояние между энергетическими уровнями мало для системы размера, также правильно будет сказать, что он мал из-за большого количества частиц.
В бесконечно большой системе энергетический спектр непрерывен, как и в случае свободного электрона. Дискретные уровни энергии появляются, когда система ограничена, и расстояние между уровнями увеличивается по мере приближения границ. Это проявление принципа неопределенности Гейзенберга: локализация в пространстве означает, что у нас больше неопределенности в импульсе и, следовательно, больше энергии. В этом отношении твердое тело отличается от свободного электрона наложением периодического потенциала.