- •«Физика твердого тела»
- •1. Виды связей в кристаллах.
- •2. Распределение электронов в кристалле по квантовым состояниям (распределение Ферми-Дирака).
- •3. Энергия Ферми, уровень Ферми, температура Ферми (температура вырождения).
- •4. Элементы зонной теории твердых тел. Деление твердых тел на проводники, диэлектрики и полупроводники.
- •5. Классическая теория теплоемкости Дюлонга-Пти для твердых тел, трудности теории.
- •6. Фононы. Распределение фононов по квантовым состояниям (распределение Бозе-Эйнштейна).
- •7. Квантовая теория теплоемкости Дебая для твердых тел. Характеристическая температура Дебая.
- •9. Тепловое излучение тел. Энергетическая светимость, излучательная и поглощательная способности тела. Абсолютно черное тело (ачт).
- •10. Закон Кирхгофа для теплового излучения тел.
- •11. Закон Стефана-Больцмана для теплового излучения тел.
- •12. Первый закон (закон смещения) Вина. Второй закон Вина для теплового излучения тел.
- •13. Формула Рэлея-Джинса для теплового излучения тел. «Ультрафиолетовая катастрофа».
- •14. Фотоны. Распределение фотонов по квантовым состояниям (распределение Бозе-Эйнштейна). Формула Планка для теплового излучения.
- •15. Классическая и квантовая теория электропроводности металлов. Зависимость сопротивления металла от температуры. Сверхпроводимость.
- •16. Собственные полупроводники. Проводимость полупроводников и ее температурная зависимость. Терморезисторы.
- •17. Примесные полупроводники (донорные, акцепторные). Проводимость примесных полупроводников и ее температурная зависимость.
- •18. Фотопроводимость полупроводников. Красная граница фотопроводимости. Полупроводниковые фотоэлементы.
- •19. Контакт электронного и дырочного полупроводников. Полупроводниковый диод, транзистор.
- •20. Термоэлектронная эмиссия и ее практической применение. Контакт двух металлов. Термопара.
ВОПРОСЫ
к коллоквиуму №12
«Физика твердого тела»
1. Виды связей в кристаллах.
В зависимости от природы частиц и от характера сил взаимодействия различают четыре вида химической связи в кристаллах: ковалентную, ионную, металлическую и молекулярную.
2. Распределение электронов в кристалле по квантовым состояниям (распределение Ферми-Дирака).
ф-ция распределения по уровням энергии тождественных частиц с полуцелым спином при условии, что взаимодействием частиц между собой можно пренебречь. Ф.- Д. р.- ф-ция распределения идеального квантового газа ( ферми-газа), подчиняющегося Ферми-Дирака статистике. Ф.- Д. р. соответствует максимуму статистического веса (или энтропии) с учётом неразличимости тождественных частиц и требований статистики Ферми.
3. Энергия Ферми, уровень Ферми, температура Ферми (температура вырождения).
Энергия Фе́рми (E_F) системы невзаимодействующих фермионов — это увеличение энергии основного состояния системы при добавлении одной частицы. Это эквивалентно химическому потенциалу системы в ее основном состоянии при абсолютном нуле температур. Энергия Ферми может также интерпретироваться как максимальная энергия фермиона в основном состоянии при абсолютном нуле температур. Энергия Ферми — одно из центральных понятий физики твёрдого тела.
Физический смысл уровня Ферми: вероятность обнаружения частицы на уровне Ферми составляет 0,5 при любых температурах.
4. Элементы зонной теории твердых тел. Деление твердых тел на проводники, диэлектрики и полупроводники.
Зонная теория твёрдого тела — квантовомеханическая теория движения электронов в твёрдом теле.В соответствии с квантовой механикой свободные электроны могут иметь любую энергию — их энергетический спектр непрерывен. Электроны, принадлежащие изолированным атомам, имеют определённые дискретные значения энергии. В твёрдом теле энергетический спектр электронов существенно иной, он состоит из отдельных разрешённых энергетических зон, разделённых зонами запрещённых энергий.
Полупроводники́ — материалы, которые по своей удельной проводимости занимают промежуточное место между проводниками и диэлектриками и отличаются от проводников сильной зависимостью удельной проводимости от концентрации примесей, температуры и воздействия различных видов излучения. Основным свойством этих материалов является увеличение электрической проводимости с ростом температуры.
Диэлектрик (изолятор) — вещество, плохо проводящее электрический ток. Концентрация свободных носителей заряда в диэлектрике не превышает 108 см−3. Основное свойство диэлектрика состоит в способности поляризоваться во внешнем электрическом поле. С точки зрения зонной теории твёрдого тела диэлектрик — вещество с шириной запрещённой зоны больше 3 эВ.
ПРОВОДНИКИ - вещества, хорошо проводящие электрический ток благодаря наличию в них большого количества подвижных заряженных частиц. Делятся на электронные (металлы, полупроводники), ионные (электролиты) и смешанные, где имеет место движение как электронов, так и ионов (напр., плазма).