Fizyka ciała stałego
advertisement
1 •Elektron na najniższej orbicie w atomie wodoru posiada energię -13.6eV. •Kolejnym orbitom przypisane są główne liczby kwantowe n. •Orbitalna liczba kwantowa l opisuje kształt orbity. •Magnetyczna liczba kwantowa m opisuje orientację przestrzenną orbity. •Wewnętrzny moment pędu (ruch wirowy) elektronu opisuje liczba spinowa s. •Liczby l, m i s przyczyniają się do rozszczepienia poziomów energetycznych określonych przez główną liczbę kwantową (każdemu zestawowi liczb n, l, m i s odpowiada inna energia). 2 Stan elektronu w atomie jest określony przez cztery liczby kwantowe: główną (n), orbitalną (l), magnetyczną (m) oraz spinową (s). Zakaz Pauliego (zasada Pauliego): W atomie nie mogą istnieć dwa elektrony o identycznych wszystkich liczbach kwantowych (tylko jeden elektron może przebywać w danym stanie kwantowym). Wolfgang Pauli (1900-1958) Nagroda Nobla z fizyki 1945 Ogólna postać zakazu Pauliego: Dwa fermiony (cząstki o spinie połówkowym: 1/2,3/2, itd.) nie mogą przebywać w jednym stanie kwantowym. 3 Powłoka Podpowłoka Ilość elektronów na wypełnionej podpowłoce Ilość elektronów na wypełnionej powłoce Elektrony wypełniają podpowłoki zaczynając od tych o najniższej energii. 4 konfiguracja energia jonizacji [eV] konfiguracja energia jonizacji [eV] 5 6 Fermiony – cząstki o spinie połówkowym. Przykłady fermionów: elektron, proton, neutron. Podlegają zakazowi Pauliego (tylko jeden fermion na jednym poziomie energetycznym). Bozony – cząstki o spinie całkowitym. Przykłady bozonów: foton, mezon. Nie podlegają zakazowi Pauliego (wiele bozonów może przebywać na tym samym poziomie energetycznym). 7 f Rozkład Fermiego Diraca określa prawdopodobieństwo obsadzenia poziomów energetycznych przez elektrony (fermiony). Ef – energia Fermiego: maksymalna energia elektronów w temperaturze 0K (zera bezwzględnego). E-Ef E Ef f exp k BT 8 Energia Fermiego Fermiony Bozony 9 Widmo promieniowania molibdenu K, K - promieniowanie charakterystyczne Promieniowanie charakterystyczne powstaje w wyniku wybicia elektronu z głębokich poziomów energetycznych, a następnie powrotu elektronu na poziom niższy. Przejście LK linia K Przejście MK linia K Promieniowanie charakterystyczne X (rentgenowskie) – promieniowanie elektromagnetyczne o długości fali 10pm10nm. Występuje w przypadku ciężkich pierwiastków (np. Cu, Mo). 10 11 Atom w stanie podstawowym Atom w stanie wzbudzonym Absorpcja fotonu Atom w stanie wzbudzonym Atom w stanie podstawowym Emisja spontaniczna 12 Atom w stanie wzbudzonym Atom w stanie podstawowym stan metastabilny energia wyjściowa Emisja wymuszona Foton o energii E zwiększa prawdopodobieństwo powrotu wzbudzonego atomu do stanu podstawowego. Foton emitowany ma taką samą fazę jak foton padający – powstaje wiązaka światła spójnego. energia wejściowa Inwersja obsadzeń – więcej elektronów jest w stanie wzbudz.onym niż w stanie podstawowym 13 Emisja wymuszona- laser Emisja spontaniczna fotonów w różnych kierunkach światło spójne zwierciadło Fotony powstałe w trakcie emisji wymuszonej Zwierciadło półprzepuszczalne energia wejściowa 14 Lama wyładowcza – lampa która świeci dzięki wyładowaniu elektrycznemu przechodzącemu przez zjonizowany gaz (najczęściej gaz szlachetny). Lampa wyładowcza emituje fotony powstające przy przejścia elektronów ze stanów o wyższych energiach do stanów o energiach niższych. lampa wodorowa lampa kryptonowa 15
