Дәріс № 21-22. Құрылымдық кристаллографияның элементтері

1. 
   Конденсацияланған күй
   
2. 
   Кристалдық құрылымдарды зерттеу әдістері
   
3. 
   Кристалдық торлардың жылу сиымдылығы.
   
4. 
   Фонондық газ.
   
5. 
   Кристалдардың жылу өткізгіштігіндегі өлшемдік эффект.
   

Кристалдар молекула аралық тартылыс күштері жоғары және өздерінің көлемі мен формасын сақтайтын заттар. Кристалдағы бөлшектер (атомдар, молекулалар, иондар) кристалдық тор құрап, ретпен орналасады.

Кванттық теория бойынша молекулалар мен атомдардың тербеліс энергиясы мен молекулалардың айналмалы қозғалыс энергиялары тек қана дискретті мәндер қабылдауы керек. Егер жылулық қозғалыс энергиясы мен көршілес деңгейлер энергияларының айырмасынан көп кіші болса, онда молекулалар соқтығысқанда олардың айналмалы және тербелмелі қозғалыстарының еркіндік дәрежесі қозбапйды. Сондықтан төменгі температураларда екі атомды газ бір атомды газ сияқты болады. Қатты дененің жылулық қозуын кристалда тарайтын серпімді толқындар түрінде қарастыруға болады. Оларды фонондар деп атайды. Фонон – дыбыс толқындарының квант энергиясы.

Бақылау сұрақтары:

1. 
   Конденсацияланған күй
   
2. 
   Кристалдық құрылымдарды зерттеу әдістері
   
3. 
   Кристалдық торлардың жылу сиымдылығы.
   
4. 
   Фонондық газ.
   
5. 
   Кристалдардың жылу өткізгіштігіндегі өлшемдік эффект.
   

1. 
   Савельев И.В. Жалпы физика курсы. т. 1,2,3, Алматы, Мектеп, 1977
   
2. 
   Трофимова Т.И. Курс физики, М.,Высшая школа, 1985ж.
   
3. 
   Зисман Г.А. Тодес О.М. Курс общей физики. Т.3.- М: Наука, 1970
   
4. 
   Яворский Б.М. и другие. Курс физики. Т-3.- М: Высшая школа. 1964-1973
   
5. 
   Детлав А.А., Яровский В.М., Милковская Л.В. Курс физики. т. 2,3. М., Высшая школа, 1877
   

1. 
   Токты тасымалдаушы квазибөлшектер.
   
2. 
   Кристалдардағы энергетикалық зоналар.
   
3. 
   Төмен өлшемді жүйелер.
   
4. 
   Ферми деңгейі. Ферми беті.
   
5. 
   Зоналық теориядағы металдар, диэлектритер және жартылай өткізгіштер.
   

Шредингер теңдеуін қолдана отырып кристал жайлы есепті, дәлірек айтқанда, оның энергиясының мүмкін болатын мәндерін, оларға сәйкес энергетикалық күйлерін анықтауға болады. Кванттық-механикалық жүйе ауыр және жеңіл бөлшектерге- ядро мен электрондарға бөлінеді. Бұл бөлшектердің массалары мен жылдамдықтарының айырмашылығы айтарлықтай үлкен болғандықтан, электрондар қозғалмайтын ядроның өрісінде, ал өте баяу қозғалатын ядроны барлық электрондардың орташаланған өрісінде қозғалады деп қарастыруға болады. Кристалдық тордың түйіндерінде орналасқан ядролар қозғалмайды дей отырып, электрондар қозғалысы ядролардың тұрақты периодты өрісінде қарастырылады. Алғашқыда атомдар бір –бірінен макроскопиялық қашықтықтарда орналасқан жағдайда олардың энергетикалық деңгейлерінің сұлбалары бір-біріне дәл келеді. Моделімізді кристалдық торға дейін «қысқан» кезде, яғни атомдар аралығы қатты денелердің атомаралық қашықтықтарына тең болғанда, атомдар арасындағы өзарабайланыс олардың энергетикалық деңгейлерінің ығысуына, ажырауына және зоналарға жайылуына әкеледі, ол зоналық энергетикалық спектр делінеді.

Кристалдардағы зоналық энергетикалық спектрлердің пайда болуы квантық-механикалық эффектіге жатады да анықталмаушылық қатынасының салдары болып табылады. Деңгейлердің ажырауы атом аралық қашықтықтың функциясы болатындықтан, тек сыртқы, ядромен әлсіз байланысқан валенттік электрондардың деңгейлері ғана ажырап жайылады. Бұл электрондар ең үлкен энергияға және атомның негізгі күйінде электрондар орналаспайтын жоғары деңгейлерге ие. Ал ішкі электрондардың деңгейлері тіптен ажырамайды, немесе өте әлсіз ажырайды. Сонымен, қатты денелерде ішкі электрондар оңашаланған атомдардағыдай, ал валенттік электрондар қатты денеге толықтай «тиісті» болады. Кристаллдағы ядромен әлсіз байланысқан валентті электрондар атомнан атомға осы атомдарды бөліп тұратын потенциальдық барьер арқылы толық энергиясын сақтай отырып қозғала береді (туннельдік эффект). Сыртқы электрондардың энергиялары тек белгілі мәндерге - рұқсат етілген энергетикалық зоналарға ие болады. Ал рұқсат етілген энергетикалық зоналар рұқсат етілмеген зоналар деп аталатын энергияның рұқсат етілмеген мәндер аймағымен бөлінеді. Бұл рұқсат етілмеген зоналарда электорндар орналаса алмайды. Зоналардың (рұқсат етілген және рұқсат етілмеген) ені кристаллдың мөлшеріне байланысты емес. Зоналардың ені валенттік электрондардың ядромен байланысы неғұрлым нашар болса, соғұрлым кең болады.

Қатты денелердің зоналық теориясы денелердің металдарға, диэлектриктерге және жартылай өткізгіштерге бөлінетіндігін олардың электрлік қасиеттерінің айырмашылықтары арқылы, атап айтқанда, рұқсат етілген зоналардың электрондармен толтырылулары мен рұқсат етілмеген зоналардың ендерінің әртүрлілігімен түсіндірді.

1. 
   Токты тасымалдаушы квазибөлшектер.
   
2. 
   Кристалдардағы энергетикалық зоналар.
   
3. 
   Төмен өлшемді жүйелер.
   
4. 
   Ферми деңгейі. Ферми беті.
   
5. 
   Зоналық теориядағы металдар, диэлектритер және жартылай өткізгіштер.
   

1. 
   Савельев И.В. Жалпы физика курсы. т. 1,2,3, Алматы, Мектеп, 1977
   
2. 
   Трофимова Т.И. Курс физики, М.,Высшая школа, 1985ж.
   
3. 
   Зисман Г.А. Тодес О.М. Курс общей физики. Т.3.- М: Наука, 1970
   
4. 
   Яворский Б.М. и другие. Курс физики. Т-3.- М: Высшая школа. 1964-1973
   
5. 
   Детлав А.А., Яровский В.М., Милковская Л.В. Курс физики. т. 2,3. М., Высшая школа, 1877
   

1. 
   Кемтік өткізгіштер түсінігі.
   
2. 
   Меншікті және қоспалы өткізгіштер.
   
3. 
   Асқын өткізгіштік құбылысы.
   
4. 
   Ферромагнетиктердің қасиеттері туралы кванттық көзқарастар.
   
5. 
   Алмаса әсерлесу.
   
6. 
   Кюри температурасы.
   
7. 
   Ферромагнетиктердің магниттелінуі.
   

Жартылай өткізгіштердің өткізгіштігі әрқашанда қозған болады, себебі ол тек сыртқы факторлардың нәтижесінде пайда болады (температура, сәулелендіру, өте күшті элект өрісі, т.т.). Меншікті жартылай өткізгіштерде Ферми деңгейі рұқсат етілмеген зонаның ортасында орналасады (1-сурет).

а) б)

бұл формуладан шынында да меншікті жартылай өткізгіштерде Ферми деңгейі рұқсат етілмеген зонаның ортасында орналасатындығы көрінеді. Меншікті жартылайөткізгіштердің үлесті өткізгіштігі мынадай:

1. 
   Кемтік өткізгіштер түсінігі.
   
2. 
   Меншікті және қоспалы өткізгіштер.
   
3. 
   Асқын өткізгіштік құбылысы.
   
4. 
   Ферромагнетиктердің қасиеттері туралы кванттық көзқарастар.
   
5. 
   Алмаса әсерлесу.
   
6. 
   Кюри температурасы.
   
7. 
   Ферромагнетиктердің магниттелінуі.
   

1. 
   Савельев И.В. Жалпы физика курсы. т. 1,2,3, Алматы, Мектеп, 1977
   
2. 
   Трофимова Т.И. Курс физики, М.,Высшая школа, 1985ж.
   
3. 
   Зисман Г.А. Тодес О.М. Курс общей физики. Т.3.- М: Наука, 1970
   
4. 
   Яворский Б.М. и другие. Курс физики. Т-3.- М: Высшая школа. 1964-1973
   
5. 
   Детлав А.А., Яровский В.М., Милковская Л.В. Курс физики. т. 2,3. М., Высшая школа, 1877