Уровень энергии

Электрону, вращающемуся на каждой разрешенной орбите, соответствует и вполне определенная величина - “уровень” энергии. Поэтому в каждом атоме все его электроны строго размещены по определенным энергетическим состояниям, или, как принято говорить, "энергетическим уровням". Отсюда электрон в атоме не может обладать любой энергией, а лишь только такой, какая соответствует его движению по разрешенным орбитам. Имея возможность переходить с одного энергетического уровня на другой разрешенный уровень, электрон не может находиться в каком-то промежуточном, запрещенном состоянии. Теория и опыт показывают также, что атом не может содержать больше двух электронов, находящихся в одном и том же энергетическом состоянии.

Но так обстоит дело только в отдельном - изолированном - атоме. Картина существенно изменяется, когда несколько подобных атомов, сближаясь, участвуют в образовании твердого кристаллического тела. Тогда электрические и магнитные поля отдельных атомов, складываясь или вычитаясь, начинают оказывать влияние друг на друга, вследствие чего каждый энергетический уровень атома «расщепляется» на несколько близких по величине, но все же различных уровней, на каждом из которых могут тоже находиться по два электрона. Эти уровни образуют как бы полосу или энергетическую зону, в которую входят все разрешенные для атомов данного вещества уровни.

В свою очередь, такие зоны отделяются друг от друга промежутками, как и внутренняя отделка. Эти промежутки называются уровнями энергии, в которых электроны находиться не могут. Эти промежутки называются запрещенными зонами. Наряду с разрешенными и запрещенными уровнями в кристалле существуют так называемые уровни возбуждения, на которых разрешается пребывать электронам с более высокими значениями энергии. Переходить с основных разрешенных уровней на уровни возбуждения электроны могут лишь в тех случаях, если им будет сообщена извне необходимая дополнительная энергия. Вблизи абсолютного нуля температуры основная зона (зона валентных связей атома) целиком заполнена электронами, а зона возбужденных уровней от них свободна. При обычной температуре основная зона бывает частично свободна, а в зоне уровней возбуждения имеется некоторое количество электронов. В свете изложенного можно рассмотреть структуру энергетических зон отдельных разновидностей твердого тела, которая в значительной степени будет зависеть от того, является ли это твердое тело металлом, диэлектриком или полупроводником.