Wstęp

Rysunek przedstawia kryształ kwarcu. Druga fotografia pokazuje, jak światło odbija się od gładkich, prostokątnych paneli.

Ilustracja 9.1 Struktura kryształu kwarcu pozwala na formowanie gładkich płaszczyzn, które załamują światło, dzięki czemu kryształ nadaje się do wytwarzania biżuterii. Krzem, główny składnik kwarcu, może również występować w postaci krystalicznej. Kryształy krzemu są półprzewodnikami, na których opiera się światowy przemysł elektroniczny. Źródło lewej części rysunku: modyfikacja pracy wykonanej przez United States Geological Survey

Treść rozdziału

9.1 Rodzaje wiązań cząsteczkowych

9.2 Widma cząsteczkowe

9.3 Wiązania w ciałach stałych

9.4 Model elektronów swobodnych w metalach

9.5 Teoria pasmowa ciał stałych

9.6 Półprzewodniki i domieszkowanie

9.7 Przyrządy półprzewodnikowe

9.8 Nadprzewodnictwo

W tym rozdziale zobaczymy, jak mechanikę kwantową stosuje się do bardziej złożonych układów, takich jak molekuły, metale, półprzewodniki i nadprzewodniki. Przypomnimy i rozwiniemy koncepcje z poprzednich rozdziałów, w tym funkcje falowe, orbitale i stany kwantowe. Wprowadzimy także wiele innych pojęć, m.in. wiązania kowalencyjnego, rotacyjnych poziomów energetycznych, energii Fermiego, pasm energetycznych, domieszkowania oraz par Coopera.

Głównym tematem tego rozdziału jest struktura krystaliczna ciał stałych. Przez wieki kryształy ceniono za ich piękno, na przykład klejnoty takie jak diamenty czy szmaragdy, a także kryształy geologiczne, jak kwarc czy rudy metali. Jednakże struktury krystaliczne półprzewodników takich jak krzem umożliwiły powstanie współczesnego przemysłu elektronicznego. W tym rozdziale dowiemy się, jak struktura ciał stałych wpływa na ich właściwości, począwszy od twardości i przezroczystości aż po przewodnictwo elektryczne.