Loading...
Loading...
Loading...
Loading...
Loading...
Loading...
Loading...

Document Details

ImprovingCrocus

Uploaded by ImprovingCrocus

جامعة الطائف

الدكتور محمد أحمد آلجلالي

Tags

فيزياء الجوامد نظرية الطاقة الفيزياء الجامدات

Summary

هذه محاضرة في فيزياء الجوامد، وتغطي نظرية شرائط الطاقة. تتضمن المحاضرة مقدمة عن نظرية الطاقة، و شرحًا لأطياف الطاقة ودالة بلوخ و الشرائط الطاقية.

Full Transcript

‫ﺍﻟﺩﻛﺗﻭﺭ ﻣﺣﻣﺩ ﺃﺣﻣﺩ ﺁﻟﺟﻼﻟﻲ – ﻗﺳﻡ ﺍﻟﻔﻳﺯﻳﺎء – ﻛﻠﻳﺔ ﺍﻟﻣﻌﻠﻣﻳﻥ – ﺟﺎﻣﻌﺔ ﺍﻟﻁﺎﺋﻑ‬ ‫ﺳﻠﺳﻠﺔ ﻣﺣﺎﺿﺭﺍﺕ ﻓﻳﺯﻳﺎء ﺍﻟﺟﻭﺍﻣﺩ )ﺍﻟﻣﺣﺎﺿﺭﺓ ﺍﻟﻌﺎﺷﺭﺓ(‬ ‫ﻤﻭﺠﺯ ﻓﻲ ﻨﻅﺭﻴﺔ ﺸﺭﺍﺌﻁ)ﺤﺯﻡ( ﺍﻟﻁﺎﻗﺔ‬ ‫‪Energy Bands The...

‫ﺍﻟﺩﻛﺗﻭﺭ ﻣﺣﻣﺩ ﺃﺣﻣﺩ ﺁﻟﺟﻼﻟﻲ – ﻗﺳﻡ ﺍﻟﻔﻳﺯﻳﺎء – ﻛﻠﻳﺔ ﺍﻟﻣﻌﻠﻣﻳﻥ – ﺟﺎﻣﻌﺔ ﺍﻟﻁﺎﺋﻑ‬ ‫ﺳﻠﺳﻠﺔ ﻣﺣﺎﺿﺭﺍﺕ ﻓﻳﺯﻳﺎء ﺍﻟﺟﻭﺍﻣﺩ )ﺍﻟﻣﺣﺎﺿﺭﺓ ﺍﻟﻌﺎﺷﺭﺓ(‬ ‫ﻤﻭﺠﺯ ﻓﻲ ﻨﻅﺭﻴﺔ ﺸﺭﺍﺌﻁ)ﺤﺯﻡ( ﺍﻟﻁﺎﻗﺔ‬ ‫‪Energy Bands Theory‬‬ ‫ﺍﻟﺠﺰء ﺍﻷﻛﺒﺮ ﻣﻦ ﻫﺬﻩ ﺍﻟﻤﺤﺎﺿﺮﺓ ﻣﻘﺘﺒﺲ ﻣﻊ ﺑﻌﺾ ﺍﻟﺘﻌﺪﻳﻼﺕ ﻣﻦ ﻛﺘﺎﺏ ﻓﻴﺰﻳﺎء ﺍﻟﺠﺴﻢ ﺍﻟﺼﻠﺐ ﻷﺳﺘﺎﺫﻳﻨﺎ ﺍﻟﻜﺒﻴﺮﻳﻦ ﺍﻟﺪﻛﺘﻮﺭ ﻓﺨﺮﻱ ﻛﺘﻮﺕ‬ ‫ﻭﺍﻟﺪﻛﺘﻮﺭ ﺑﺴﺎﻡ ﻣﻌﺼﺮﺍﻧﻲ‪.‬‬ ‫ﺍﻟﻤﻮﻗﻌﻴﻦ‪http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/hframe.html:‬‬ ‫‪1TU‬‬ ‫‪U1T‬‬ ‫ﺇﺿﺎﻓﺔ ﻟﻠﻤﺮﺍﺟﻊ ﺍﻟﺴﺎﺑﻘﺔ ﻫﺬﻳﻦ‬ ‫‪http://en.wikipedia.org/wiki/Electronic_band_structure‬‬ ‫‪1TU‬‬ ‫‪U1T‬‬ ‫ﻣﻘﺪﻣﺔ‪.‬‬ ‫ ‬ ‫ﺃﻁﻴﺎﻑ ﺍﻟﻄﺎﻗﺔ ‪.‬‬ ‫ ‬ ‫ﺩﺍﻟﺔ ﺑﻠﻮﺥ )‪. (The Bloch Function‬‬ ‫ ‬ ‫ﺷﺮﺍﺋﻂ ﺍﻟﻄﺎﻗﺔ‪.‬‬ ‫ ‬ ‫ﻧﻤﻮﺫﺝ ﺍﻹﻟﻜﺘﺮﻭﻥ ﺷﺒﻪ ﺍﻟﺤﺮ‪.‬‬ ‫ ‬ ‫ﺗﺼﻨﻴﻒ ﺍﻟﻤﻮﺍﺩ ﺍﻟﺠﺎﻣﺪﺓ ﻭﻓﻘﺎ ﻟﻨﻈﺮﻳﺔ ﺍﻟﺸﺮﺍﺋﻂ‪.‬‬ ‫ ‬ ‫ﻧﻤﻮﺫﺝ ﻛﺮﻭﻧﻴﺞ – ﺑﻴﻨﻲ ﻣﻠﺤﻖ ﺑﺎﻻﻧﺠﻠﻴﺰﻳﺔ‪.‬‬ ‫ ‬ ‫‪.1‬ﻣﻘﺪﻣﺔ‪ :‬ﻳﺼﻌﺐ ﺇﻋﻄﺎء ﺷﺮﺣﺎ ﻭﺍﻓﻴﺎ ﺣﻮﻝ ﻧﻈﺮﻳﺔ ﺍﻟﺸﺮﺍﺋﻂ ﻓﻲ ﻣﺤﺎﺿﺮﺓ ﻭﺍﺣﺪﺓ‪ ،‬ﻭﻟﺬﻟﻚ ﺳﺄﻋﻄﻴﻬﺎ ﺷﺮﺣﺎ ﻣﺒﺴﻄﺎ ﻟﻔﻬﻤﻬﺎ ﺃﻭﻻ ﺛﻢ ﺳﺄﻋﻮﺩ‬ ‫ﻟﺸﺮﺣﻬﺎ ﻣﻦ ﺟﺪﻳﺪ ﻓﻲ ﺃﻁﺎﺭ ﺟﺪﻳﺪ ﻳﺘﻨﺎﺳﺐ ﻣﻊ ﺣﺠﻢ ﻭﺗﻌﻘﻴﺪ ﻫﺬﺍ ﺍﻟﻤﻮﺿﻮﻉ‪.‬‬ ‫ﻟﻘﺪ ﺗﻤﺖ ﻣﻌﺎﻟﺠﺔ ﻣﺴﺘﻮﻳﺎﺕ ﺍﻟﻄﺎﻗﺔ ﻓﻲ ﺍﻟﺬﺭﺓ ﺑﻮﺍﺳﻄﺔ ﻣﻌﺎﺩﻟﺔ ﺷﺮﻭﺩ ﻳﻨﺠﺮ ﻭﺃﻋﻄﺖ ﻧﺘﺎﺋﺞ ﺭﺍﺋﻌﺔ ﺗﺘﻮﺍﻓﻖ ﻣﻊ ﺍﻟﻮﺍﻗﻊ ﺍﻟﺘﺠﺮﻳﺒﻲ‪ ،‬ﻭﻟﻜﻦ ﻋﻨﺪ‬ ‫ﺍﻻﻧﺘﻘﺎﻝ ﺇﻟﻰ ﺑﻠﻮﺭﺓ ﺗﺘﺄﻟﻒ ﻣﻦ ﺍﻟﻌﺪﻳﺪ ﻣﻦ ﺍﻟﺬﺭﺍﺕ ﻓﺈﻥ ﻣﻌﺎﻟﺠﺔ ﺍﻟﺤﺎﻟﺔ ﻫﺬﻩ ﻳﺘﻄﻠﺐ ﺣﻞ ﻋﺪﺩ ﻣﻦ ﻣﻌﺎﺩﻟﺔ ﺷﺮﻭﺩ ﻳﻨﺠﺮ ﻳﺴﺎﻭﻱ ﺇﻟﻰ ﻋﺪﺩ ﺫﺭﺍﺕ‬ ‫ﺍﻟﺒﻠﻮﺭﺓ ﻭﻫﻲ ﻣﻬﻤﺔ ﺻﻌﺒﺔ ﺍﻟﻤﻨﺎﻝ‪ ،‬ﻭﻟﻜﻦ ﺍﻟﻤﺴﺎﻟﺔ ﺗﺒﺴﻂ ﺑﺎﻟﻠﺠﻮء ﺇﻟﻰ ﻣﺎ ﻳﺴﻤﻰ ﺑﺘﻘﺮﻳﺐ ﺍﻹﻟﻜﺘﺮﻭﻥ ﺍﻟﻮﺍﺣﺪ ﺍﻟﺬﻱ ﻳﺴﻤﺢ ﻟﻨﺎ ﺑﺎﻟﺤﺼﻮﻝ ﻋﻠﻰ ﺣﻠﻮﻝ‬ ‫ﺗﻘﺮﻳﺒﻴﺔ ﺗﻌﻄﻴﻨﺎ ﺗﺼﻮﺭ ﻣﺒﺪﺋﻲ ﻋﻦ ﻣﺴﺘﻮﻳﺎﺕ ﺍﻟﻄﺎﻗﺔ ‪،‬ﺇﻥ ﺗﻘﺮﻳﺐ ﺍﻹﻟﻜﺘﺮﻭﻥ ﺍﻟﻮﺍﺣﺪ ﻭﺿﻊ ﺿﻤﻦ ﺍﻟﺸﺮﻭﻁ ﺍﻟﺘﺎﻟﻴﺔ‪:‬‬ ‫ ﺇﻫﻤﺎﻝ ﺍﻟﺘﻔﺎﻋﻞ ﺑﻴﻦ ﺍﻹﻟﻜﺘﺮﻭﻥ ﻭ ﺍﻟﻔﻮﻧﻮﻥ‪.‬‬ ‫ ﺇﻫﻤﺎﻝ ﺍﻟﺘﻔﺎﻋﻞ ﺑﻴﻦ ﺍﻻﻟﻜﺘﺮﻭﻧﺎﺕ ﺑﺤﻴﺚ ﺃﻥ ﻛﻞ ﺇﻟﻜﺘﺮﻭﻥ ﻳﻜﻮﻥ ﻭﺍﻗﻊ ﺗﺤﺖ ﺗﺄﺛﻴﺮ ﺟﻬﺪ ﺛﺎﺑﺖ ﻧﺎﺗﺞ ﻋﻦ ﺍﻟﻨﻮﻯ ﺍﻟﻤﻮﺟﺒﺔ ﻭﺗﻮﺯﻉ‬ ‫ﺷﺤﻨﺔ ﺍﻻﻟﻜﺘﺮﻭﻧﺎﺕ ﺍﻷﺧﺮﻯ ﻭﺍﻟﻤﺤﺼﻠﺔ ﻫﻲ ﺫﻟﻚ ﺍﻟﺠﻬﺪ‪.‬‬ ‫ﺿﻤﻦ ﻫﺬﻩ ﺍﻟﺸﺮﻭﻁ ﻳﻮﺻﻒ ﺍﻹﻟﻜﺘﺮﻭﻥ ﺑﺤﻞ ﻣﻌﺎﺩﻟﺔ ﺷﺮﻭﺩ ﻳﻨﺠﺮ ﻭﻣﻦ ﺛﻢ ﺍﻟﺒﺤﺚ ﻋﻦ ﻣﺴﺘﻮﻳﺎﺕ ﺍﻟﻄﺎﻗﺔ ﻭﻛﻴﻒ ﻳﺘﻢ ﺗﻄﻮﻳﺮﻫﺎ ﻣﻦ‬ ‫ﻣﺴﺘﻮﻱ ﻣﻔﺮﺩ ﺇﻟﻰ ﻣﺴﺘﻮﻱ ﻋﺮﻳﺾ )ﺷﺮﻳﻂ(‪.‬‬ ‫‪.2‬ﺃﻁﻴﺎﻑ ﺍﻟﻄﺎﻗﺔ‪ :‬ﻟﻤﺎﺫﺍ ﺗﻈﻬﺮ ﺷﺮﺍﺋﻂ ﺍﻟﻄﺎﻗﺔ ﻓﻲ ﺍﻟﺠﻮﺍﻣﺪ ؟ ﻟﻨﺤﺎﻭﻝ ﺃﻥ ﻧﻨﺘﻘﻞ ﻣﻦ ﻁﻴﻒ ﺍﻟﺬﺭﺓ ﺇﻟﻰ ﻁﻴﻒ ﺫﺭﺗﻴﻦ ﺛﻢ ﺇﻟﻰ ﺍﻟﻌﺪﻳﺪ ﻣﻦ ﻁﻴﻒ‬ ‫ﺍﻟﺬﺭﺍﺕ)ﺍﻟﺒﻠﻮﺭﺓ(‪ ،‬ﻓﻔﻲ ﺣﺎﻝ ﺍﻟﺬﺭﺓ ﺍﻟﻮﺍﺣﺪﺓ ﻳﻌﻄﻲ ﺣﻞ ﻣﻌﺎﺩﻟﺔ ﺷﺮﻭﺩ ﻳﻨﺠﺮ ﻹﻟﻜﺘﺮﻭﻥ ﻳﺘﺤﺮﻙ ﻓﻲ ﺑﺌﺮ ﺟﻬﺪ ﻣﺴﺘﻮﻳﺎﺕ ﻁﺎﻗﺔ ﻣﻨﻔﺼﻠﺔ ﻳﺮﻣﺰ ﻟﻬﺎ‬ ‫)‪ (n,Ɩ,m,s‬ﻭﻛﻞ ﻣﺴﺘﻮﻱ ﻳﻤﻜﻦ ﺃﻥ ﻳﻨﺸﻄﺮ ﻓﻲ ﺣﺎﻝ ﻭﺟﻮﺩ ﻣﺠﺎﻝ‬ ‫ﺑﺎﻟﺮﻣﻮﺯ ‪ 1s,2s,2p……..‬ﻭﻛﻞ ﻣﺴﺘﻮﻱ ﻳﺘﺤﺪﺩ ﺑﺎﻷﻋﺪﺍﺩ ﺍﻟﻜﻤﻴﺔ‬ ‫ﻣﻐﻨﺎﻁﻴﺴﻲ ﺧﺎﺭﺟﻲ ﺇﻟﻰ )‪ 2(2Ɩ+1‬ﻣﺴﺘﻮﻱ‪.‬ﻓﻔﻲ ﺣﺎﻝ ﺫﺭﺓ ﺗﺤﻮﻱ ﺛﻼﺛﺔ ﺍﻟﻜﺘﺮﻭﻧﺎﺕ ﺃﻭ ﺃﺭﺑﻌﺔ ﺃﻭ ‪....‬ﻧﺠﺪ ﺃﻥ ﺍﻟﻤﺴﺘﻮﻱ ﺍﻷﻭﻝ ﻳﺴﺘﻮﻋﺐ‬ ‫‪ 2s1‬ﻭﺍﻟﺮﺍﺑﻊ ‪ 2s2‬ﻭﻫﻜﺬﺍ ‪.....‬ﺃﻣﺎ ﻓﻲ ﺣﺎﻝ ﺍﻟﺠﺰﻱء )ﺫﺭﺗﻴﻦ ﻣﺜﻼ( ﻫﻨﺎ‬ ‫‪P‬‬ ‫‪P‬‬ ‫ﺇﻟﻜﺘﺮﻭﻧﻴﻦ ‪ 1s2‬ﻭﺍﻟﻤﺴﺘﻮﻱ ﺍﻟﺜﺎﻧﻲ ﻳﺴﺘﻮﻋﺐ ﺍﻹﻟﻜﺘﺮﻭﻥ ﺍﻟﺜﺎﻟﺚ‬ ‫‪P‬‬ ‫‪P‬‬ ‫‪P‬‬ ‫‪P‬‬ ‫ﺍﻻﻟﻜﺘﺮﻭﻥ ﻳﺠﺪ ﻧﻔﺴﻪ ﻓﻲ ﺑﺌﺮ ﺟﻬﺪ ﻣﺰﺩﻭﺝ ﻭﻁﻴﻒ ﺍﻟﻄﺎﻗﺔ ﺍﻟﺠﺪﻳﺪ ﻳﺘﺸﻜﻞ ﻣﻦ ﻣﺠﻤﻮﻋﺔ ﻣﻦ ﺍﻟﻤﺴﺘﻮﻳﺎﺕ ﺍﻟﻤﺰﺩﻭﺟﺔ ﺍﻟﻤﻨﻔﺼﻠﺔ ﺑﺤﻴﺚ ﺃﻥ ﻛﻞ‬ ‫ﺍﻟﺩﻛﺗﻭﺭ ﻣﺣﻣﺩ ﺃﺣﻣﺩ ﺁﻟﺟﻼﻟﻲ – ﻗﺳﻡ ﺍﻟﻔﻳﺯﻳﺎء – ﻛﻠﻳﺔ ﺍﻟﻣﻌﻠﻣﻳﻥ – ﺟﺎﻣﻌﺔ ﺍﻟﻁﺎﺋﻑ‬ ‫ﺳﻠﺳﻠﺔ ﻣﺣﺎﺿﺭﺍﺕ ﻓﻳﺯﻳﺎء ﺍﻟﺟﻭﺍﻣﺩ )ﺍﻟﻣﺣﺎﺿﺭﺓ ﺍﻟﻌﺎﺷﺭﺓ(‬ ‫ﺍﻟﻤﺴﺘﻮﻳﺎﺕ ﺍﻟﺬﺭﻳﺔ ﻳﻨﺸﻄﺮ ﻛﻞ ﻣﻨﻬﺎ ﺇﻟﻰ ﻣﺴﺘﻮﻳﻴﻦ ﺃﻭ ﺃﻥ ﻛﻞ ﺫﺭﺓ ﺗﻘﺪﻡ ﻣﺴﺘﻮﻳﺎﺕ ﻁﺎﻗﺘﻬﺎ ﻟﺘﺸﻜﻞ ﺍﻟﻤﺴﺘﻮﻳﺎﺕ ﺍﻟﺠﺰﻳﺌﻴﺔ ‪،‬ﻭﻓﻲ ﺣﺎﻝ ﺛﻼﺛﺔ ﺫﺭﺍﺕ‬ ‫ﻓﺎﻥ ﺍﻟﻤﺴﺘﻮﻱ ﺍﻟﺬﺭﻱ ﻳﺼﺒﺢ ﺛﻼﺛﺔ ﻣﺴﺘﻮﻳﺎﺕ ﻣﻨﻔﺼﻠﺔ ﻗﺮﻳﺒﺔ ﺟﺪﺍ ﻣﻦ ﺑﻌﻀﺎﻫﺎ ﺍﻟﺒﻌﺾ ﻭﻫﻜﺬﺍ ﻧﺠﺪ ﺃﻧﻔﺴﻨﺎ ﺃﻣﺎﻡ ﻋﺪﺓ ﻣﺴﺘﻮﻳﺎﺕ ﻟﻬﺎ ﻋﺮﺽ‬ ‫ﻳﺘﻨﺎﺳﺐ ﻣﻊ ﻋﺪﺩ ﺍﻟﻤﺲﺕﻭﻳﺎﺕ ﺍﻟﻄﺎﻗﻴﺔ ﻧﺴﻤﻲ ﻫﺬﺍ ﺍﻟﻌﺮﺽ ﺑﺸﺮﻳﻂ ﺍﻟﻄﺎﻗﺔ)‪. (Energy band‬‬ ‫ﺃﻱ ﺃﻧﻪ ﻛﻠﻤﺎ ﺍﻧﻀﻤﺖ ﺫﺭﺓ ﺗﻀﺎﻑ ﺳﻮﻳﺔ ﻁﺎﻗﺔ ﻣﺰﺩﻭﺟﺔ ﻟﻜﻞ ﺳﻮﻳﺔ ﻣﻦ ﺍﻟﺴﻮﻳﺎﺕ ‪ 1s,2s,2p…..‬ﻓﻔﻲ ﺣﺎﻝ ‪ N‬ﺫ ﺭﺓ ﻓﺈﻥ ﻛﻞ ﺳﻮﻳﺔ ﻁﺎﻗﺔ ﺫﺭﻳﺔ‬ ‫ﺗﻨﺸﻄﺮ ﺇﻟﻰ ‪ N‬ﺳﻮﻳﺔ ﻓﺮﻋﻴﺔ ﻣﺘﻘﺎﺭﺑﺔ ﻟﺪﺭﺟﺔ ﺃﻧﻪ ﻳﻤﻜﻦ ﺍﻋﺘﺒﺎﺭﻫﺎ ﻣﺴﺘﻤﺮﺓ ﻭﺗﺸﻜﻞ ﺍﻟﺸﺮﻳﻂ ﺍﻟﻄﺎﻗﻲ ﺑﺪﻻ ﻣﻦ ﺍﻟﻤﺴﺘﻮﻱ ﺍﻟﻄﺎﻗﻲ ﻓﻲ ﺍﻟﺬﺭﺓ‬ ‫ﺍﻟﻤﻌﺰﻭﻟﺔ ﻭﺍﻥ ﺷﺮﻳﻂ ﺍﻟﻄﺎﻗﺔ ﺳﻴﺤﻮﻱ )‪ 2N(2Ɩ+1‬ﺳﻮﻳﺔ ﻁﺎﻗﺔ ﻛﻞ ﺳﻮﻳﺔ ﻁﺎﻗﺔ ﻓﻲ ﻫﺬﺍ ﺍﻟﺸﺮﻳﻂ ﺟﺎﻫﺰﺓ ﻻﺳﺘﻴﻌﺎﺏ ﺇﻟﻜﺘﺮﻭﻥ ﻭﺍﺣﺪ ﺣﺴﺐ ﻣﺒﺪﺃ‬ ‫ﺑﺎﻭﻟﻲ ﻓﻲ ﺍﻻﺳﺘﻴﻌﺎﺏ ﺍﻟﻜﺘﺮﻭﻧﻲ ﺍﻟﺸﻜﻞ )‪.(1‬‬ ‫ﺇﻥ ﺍﻛﺒﺮ ﺍﺛﺮ ﻟﻠﺒﻠﻮﺭﺓ ﻋﻠﻰ ﺍﻻﻟﻜﺘﺮﻭﻧﺎﺕ ﻳﻜﻮﻥ ﻋﻠﻰ ﺍﻟﻜﺘﺮﻭﻧﺎﺕ ﺍﻟﺘﻜﺎﻓﺆ ﻭﺗﻜﻮﻥ ﺷﺮﺍﺋﻂ ﺍﻟﻄﺎﻗﺔ ﻟﻬﺬﻩ ﺍﻻﻟﻜﺘﺮﻭﻧﺎﺕ ﺃﻋﺮﺽ ﺍﻟﺸﺮﺍﺋﻂ ﻭﺫﻟﻚ ﺑﻌﻜﺲ‬ ‫ﺍﻻﻟﻜﺘﺮﻭﻧﺎﺕ ﺍﻟﺪﺍﺧﻠﻴﺔ ﺍﻟﺘﻲ ﻻ ﺗﺘﺄﺛﺮ ﻛﺜﻴﺮﺍ ﺑﻮﺟﻮﺩ ﺍﻟﺬﺭﺍﺕ ﺍﻟﻤﺠﺎﻭﺭﺓ ﻭﺗﺒﻘﻰ ﺷﺮﺍﺋﻂ ﻁﺎﻗﺘﻬﺎ ﺿﻴﻘﺔ ‪.‬ﻭﻣﻦ ﺍﻟﻤﻬﻢ ﺟﺪﺍ ﺃﻥ ﻧﻼﺣﻆ ﺃﻧﻪ ﺷﺮﺍﺋﻂ ﺍﻟﻄﺎﻗﺔ ﻫﺬﻩ ﻫﻲ‬ ‫ﺍﻟﺸﺮﺍﺋﻂ ﺍﻟﻤﺴﻤﻮﺣﺔ ﻟﺘﻮﺍﺟﺪ ﺍﻻﻟﻜﺘﺮﻭﻧﺎﺕ ﻓﻴﻬﺎ ﺃﻣﺎ ﺍﻟﻔﺎﺻﻞ ﺑﻴﻦ ﺷﺮﻳﻄﻴﻦ ﻓﺎﻧﻪ ﻳﻤﺜﻞ ﻣﺠﺎﻻﺕ ﺃﻭ ﻓﻮﺍﺻﻞ ﻣﻤﻨﻮﻉ ﻋﻠﻰ ﺍﻹﻟﻜﺘﺮﻭﻥ ﺍﻟﺘﻮﺍﺟﺪ ﺑﻬﺎ ﻭﺗﺴﻤﻰ‬ ‫ﺑﺎﻟﻔﻮﺍﺻﻞ ﺍﻟﻤﻤﻨﻮﻋﺔ)‪ (forbidden bands‬ﺃﻭ ﻓﻮﺍﺻﻞ ﺍﻟﻄﺎﻗﺔ )‪. (Energy Gaps‬‬ ‫ﻭﻫﻜﺬﺍ ﻓﺎﻥ ﻁﻴﻒ ﺍﻟﻄﺎﻗﺔ ﻓﻲ ﺍﻟﺠﻮﺍﻣﺪ ﻳﺘﺄﻟﻒ ﻣﻦ ﻣﺠﻤﻮﻋﺔ ﻣﻦ ﺷﺮﺍﺋﻂ ﺍﻟﻄﺎﻗﺔ ﺍﻟﻤﺴﻤﻮﺡ ﻟﻺﻟﻜﺘﺮﻭﻥ ﺍﻟﺘﻮﺍﺟﺪ ﺑﻬﺎ ﺗﻔﺼﻞ ﺑﻴﻨﻬﺎ ﻓﻮﺍﺻﻞ ﻁﺎﻗﺔ ﻻ ﻳﻤﻜﻦ ﺃﻥ‬ ‫ﺗﺸﻐﻠﻬﺎ ﺍﻻﻟﻜﺘﺮﻭﻧﺎﺕ ﺗﺴﻤﻰ ﻓﻮﺍﺻﻞ ﺍﻟﻄﺎﻗﺔ‪.‬ﺇﻥ ﻣﻘﺪﺍﺭ ﺍﻻﻧﺸﻄﺎﺭ ﻳﻌﺘﻤﺪ ﻋﻠﻰ ﺍﻟﻤﺴﺎﻓﺎﺕ ﺑﻴﻦ ﻧﻮﻯ ﺍﻟﺬﺭﺍﺕ ﻭﻛﻠﻤﺎ ﻛﺎﻥ ﺍﻻﻗﺘﺮﺍﺏ ﻛﺒﻴﺮﺍ ﻛﺎﻥ ﺍﻻﻧﺸﻄﺎﺭ ﺷﺪﻳﺪﺍ‬ ‫ﻭﻳﻜﻮﻥ ﺍﻟﺘﺄﺛﻴﺮ ﺍﻛﺒﺮ ﻋﻠﻰ ﺍﻻﻟﻜﺘﺮﻭﻧﺎﺕ ﺍﻟﺨﺎﺭﺟﻴﺔ ﻣﻨﻪ ﻋﻠﻰ ﺍﻟﺪﺍﺧﻠﻴﺔ ﺑﺴﺒﺐ ﺷﺪﺓ ﺍﺭﺗﺒﺎﻁ ﺍﻻﻟﻜﺘﺮﻭﻧﺎﺕ ﺍﻟﺪﺍﺧﻠﻴﺔ‪ ،‬ﺃﻣﺎ ﺍﻟﺨﺎﺭﺟﻴﺔ ﻓﻴﻤﻜﻦ ﺃﻥ ﺗﺘﺪﺍﺧﻞ ﺍﻟﺸﺮﺍﺋﻂ‬ ‫ﻣﻊ ﺑﻌﻀﻬﺎ ﺍﻟﺒﻌﺾ ﻟﺘﺸﻜﻞ ﺷﺮﻳﻂ ﻭﺍﺣﺪ ﺍﻟﺸﻜﻞ)‪.(2‬‬ ‫‪.3‬ﺩﺍﻟﺔ ﺑﻠﻮﺥ )‪: (The Bloch Function‬‬ ‫)‪ U(r‬ﺩﻭﺭﻳﺔ ﻓﻲ ﺑﻠﻮﺭﺓ ﻣﺜﺎﻟﻴﺔ ﺗﻨﺠﻢ ﻋﻦ ﻣﺤﺼﻠﺔ‬ ‫ﻟﻤﻌﺎﻟﺠﺔ ﻣﺴﺄﻟﺔ ﺷﺮﺍﺋﻂ ﺍﻟﻄﺎﻗﺔ ﻻﺑﺪ ﻣﻦ ﺍﻟﻌﻮﺩﺓ ﺇﻟﻰ ﻣﻌﺎﺩﻟﺔ ﺷﺮﻭﺩ ﻳﻨﺠﺮ ﺑﻮﺟﻮﺩ ﻁﺎﻗﺔ ﺟﻬﺪ‬ ‫ﺟﻬﺪﻳﻦ‪:‬‬ ‫ ﺟﻬﺪ ﺳﺎﻛﻨﺎ ﻳﻨﺘﺞ ﻋﻦ ﺻﻔﻮﻑ ﺍﻻﻳﻮﻧﺎﺕ ) ‪ (z‬ﺍﻟﻤﻮﺟﺒﺔ ﺍﻟﻤﺮﺗﺒﺔ ﺑﺸﻜﻞ ﻣﺜﺎﻟﻲ‪.‬‬ ‫‪+‬‬ ‫‪P‬‬ ‫‪P‬‬ ‫ ﺟﻬﺪ ﻧﺎﺟﻢ ﻋﻦ ﻛﻞ ﺍﻻﻟﻜﺘﺮﻭﻧﺎﺕ ﺍﻟﺨﺎﺭﺟﻴﺔ ﺍﻷﺧﺮﻯ )ﺍﻟﻜﺘﺮﻭﻧﺎﺕ ﺍﻟﺘﻮﺻﻴﻞ(‪ ،‬ﻭﻳﻌﺘﺒﺮ ﺑﻠﻮﺥ ﺃﻥ ﻛﺜﺎﻓﺔ ﺍﻟﺸﺤﻨﺔ ﺍﻟﻮﺳﻄﻴﺔ ﻟﺘﻠﻚ‬ ‫ﺍﻻﻟﻜﺘﺮﻭﻧﺎﺕ ﺛﺎﺑﺘﺔ ﻭﻫﻲ ﻧﻔﺴﻬﺎ ﻓﻲ ﻛﻞ ﺧﻠﻴﺔ ﻣﻦ ﺧﻼﻳﺎ ﺍﻟﺒﻠﻮﺭﺓ ﺍﻟﺸﻜﻞ)‪.(3‬‬ ‫ﺍﻟﺩﻛﺗﻭﺭ ﻣﺣﻣﺩ ﺃﺣﻣﺩ ﺁﻟﺟﻼﻟﻲ – ﻗﺳﻡ ﺍﻟﻔﻳﺯﻳﺎء – ﻛﻠﻳﺔ ﺍﻟﻣﻌﻠﻣﻳﻥ – ﺟﺎﻣﻌﺔ ﺍﻟﻁﺎﺋﻑ‬ ‫ﺳﻠﺳﻠﺔ ﻣﺣﺎﺿﺭﺍﺕ ﻓﻳﺯﻳﺎء ﺍﻟﺟﻭﺍﻣﺩ )ﺍﻟﻣﺣﺎﺿﺭﺓ ﺍﻟﻌﺎﺷﺭﺓ(‬ ‫ﻭﻓﻘﺎ ﻟﻤﺎ ﺳﺒﻖ ﻳﻌﺘﺒﺮ ﺍﻟﺠﻬﺪ ﺩﻭﺭﻱ ‪،‬ﻭﻳﺘﻢ ﺣﻞ ﻣﻌﺎﺩﻟﺔ ﺷﺮﻭﺩ ﻳﻨﺠﺮ ﻟﺠﺴﻴﻢ ﻭﺍﻗﻊ ﻓﻲ ﺑﺌﺮ ﺟﻬﺪ ﺫﻱ ﺍﺭﺗﻔﺎﻉ ﻣﺤﺪﻭﺩ‪،‬ﻭﻣﻨﻪ ﻳﻤﻜﻦ ﺃﻥ ﻧﻜﺘﺐ ﻣﻌﺎﺩﻟﺔ ﺷﺮﻭﺩ ﻳﻨﺠﺮ‬ ‫ﺑﻌﺪ ﺍﻷﺧﺬ ﺑﺎﻟﺤﺴﺒﺎﻥ ﺩﻭﺭﻳﺔ ﺍﻟﺠﻬﺪ ﻭﻓﻘﺎ ﻟﻤﺎ ﻳﻠﻲ‪:‬‬ ‫)‪U(r‬‬ ‫)‪= U(r + T‬‬ ‫‪ˆ = Eψ‬‬ ‫‪Ηψ‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪(−‬‬ ‫)‪+ U(r))ψ(r) =Eψ(r‬‬ ‫‪2m‬‬ ‫‪2m‬‬ ‫‪∇ 2 ψ(r) + 2 (E − U(r))ψ(r) =0‬‬ ‫)‪(1‬‬ ‫‪‬‬ ‫ﻭﻛﻤﺎ ﻧﻌﻠﻢ ﻣﻦ ﻣﻴﻜﺎﻧﻴﻜﺎ ﺍﻟﻜﻢ ﻓﺈﻥ ﺍﻟﻤﻌﺎﺩﻟﺔ ) ‪ (1‬ﺗﺨﻀﻊ ﻟﺤﺎﻟﺘﻴﻦ ﺍﻷﻭﻟﻰ ﻳﻜﻮﻥ ‪E>U‬ﻭﺗﺸﻤﻞ ﻓﻲ ﺣﺎﻟﺘﻨﺎ ﻫﺬﻩ ﺍﻻﻟﻜﺘﺮﻭﻧﺎﺕ ﺍﻟﺤﺮﺓ ﺍﻟﻤﻮﺟﻮﺩﺓ ﻓﻲ ﺍﻟﺸﺮﻳﻂ‬ ‫ﺍﻟﺨﺎﺭﺟﻲ)ﺷﺮﻳﻂ ﺍﻟﺘﻮﺻﻴﻞ ﻓﻲ ﺍﻟﻤﻌﺎﺩﻥ(‪ ،‬ﻭﺍﻟﺜﺎﻧﻴﺔ ﻳﻜﻮﻥ ‪ E

Use Quizgecko on...
Browser
Browser