UWAGA !!!!! SCIAGA ZROBIONA NA NIELEGALU - POSIADANIE KARALNE

1. MODEL BOHRA BUD. ATOMU.

MODEL BOHRA BUDOWY ATOMU WEDLUG KTÓREGO ELEKTRON TEGO ATOMU MOŻE PORUSZAC SIĘ PO JEDNEJ Z WIELU ORBIT KOLOWYCH WOKÓŁ NIERUCHOMEGO JADRA KTÓRE ZAJMUJE NIEZWYKLE MALA CZESC OBJETOSCI ATOMU.

ELEKRON KRAZY I NIE EMITUJE ENERGII NA ZEWNATRZ JEŻELI NIE ZMIENIA POWLOKI.

Z WYZSZA NA NIZSZA EMITUJE PROMIENIOWANIE ELEKTROMAGNETYCZNE.

Z NIZSZEJ NA WYZSZA ABSORBUJE ENERGIE PROMIENIOWANIA. (RYS)

KOZYSTAJAC Z II ZASADY DYNAMIKI NEWTONA ZASTOSOWANIA DO RUCHU PO OKREGU I PRAWA COULOMBA MAMY:

E²/4ΠE₀r²=mv²/r, EN. KINET. ELEKTRONU E_k=mv²/2=e²/8ΠE₀r

ENERGIA POTENCJALNA UKLADU PROTON ELEKTRON:

E_P=-e²/4ΠE₀e. E_C=E_K+E_P=-e²/8ΠE₀r NATOMIAST MOMENT PEDU MOZE PRZYBIERAC WARTOSCI SKWANTOWANE L=nh/2Π n=1,2,3

2 POSTULATY BOHRA

KORZYSTAJAC Z II ZASADY DYNAMIKI NEWTONA ZASTOSOWANEJ DO NICH PO OKREGU I PRAWA COULOMBA MAMY: e²/4ΠE₀r²=mv²/r A STAD ENERGIA KINETYCZNA ELEKTRONU E_k=v²/m=e²/8ΠE₀r

ENERGIA POTENCJALNA UKLADU PROTONU - ELEKTRONU E_p=-e²/4ΠE₀r

E_c=E_k+E_p=-e²/8ΠE₀r

ELEKTRON NIE EMITUJE PROMIENIOWANIA JESLI NIE ZMIENIA ODBITY.

NATOMIAST MOMENT PEDU MOZE PRZYJAC WARTOSCI SKWANTOWANE L=nb/2Π=nh n=1,2,3... PROMIEN DOWOLNEJ POWLOKI WYRAZAMY WZOREM: r_n=nh/mv h=h/2Π (n - LICZBA NAT., h - STALA PLANCKA)

3 SERIE WIDMOWE

ZGODNIE ZE WZOREM 1/λ=Z²me⁴/8E₀²h³c(1/k²-1/n²), n>k MOZEMY PRZYJAC PRZEJSCIA ELEKTRONU MIEDZY SKWANTOWANYMI POZIOMAMI ENERGETYCZNYMI ATOMU WODORU PRZEDSTAWIC W POSTACI TZW. SERII

SERIA LYMENA

ﻞ=me⁴/8E₀²h³(1/1² - 1/n²) lub 1/λ=R(1/1² - 1/n²), n>1 (λ - DL FALI)

OBSERWOWANA W NADFIOLECIE R=me⁴/8E₀²h³c

SERIA BALMERA

1/λ=R(1/2² - 1/n²), n>2

SERIA PASCHENA

1/λ=R(1/3² - 1/n²), n>3

SERIA BRACKETTA

1/n=R(1/4² - 1/n²), n>4

LINIE SERI WIDMOWYCH ZAGESZCZAJA SIE W KIERUNKU FAL KRUTKICH SA ZBIERZNE DO LINI ZWANYCH GRANICA SERII, A ODPOWIADAJACEJ NAJMNIEJSZEJ DLUGOSCI FALI DANEJ SERII (RYSUNEK)

4. PODSTAWOWE ODDZIALYWANIA W PRZYRODZIE

SILNE JADROWE - N - MAJA ZASIEG DO 10^-15 m, NATEZENIE ODDZIALYWANIA 1. ZNAK ODDZIALYWANIA ODPYCHAJACY LUB PRZYCIAGAJACY.

ELEKTROMAGNETYCZNE EM - NATEZENIE TEGO PROMIENIOWANIA 10^-2 I NAJMNIEJSZY KWANT = FOTON E=nhﻞ - EN FOTONU V=c/λ ( c - PREDKOSC,

h - STALA PLANCKA, λ - DLUGOSC SWIATLA)

SLABE JADROWE NATEZENIE JEGO 10^-12 ZASIEG DALEKI 10^-17m

GRAWITACYJNE NATEZENIE 10^-40 (SLABE) ZASIEG DALEKI, POTENCJAL MALEJE 1/r

GRAWITON - KWANT NAJMNIEJSZA CZASTKA POLA GRAWITACYJNEGO MASA SPOCZYNKOWA = 0 FAL GRAWITACYJNYCH NIE ZNALEZIONO

5 ENERGIA JONIZACI

ENERGIA JONIZACJI ATOMOW WODORU TO ENERGIA JAKA NALEZY DOSTARCZYC ABY WYRZUCIC ELEKTRON DO NIESKONCZONOSCI E=-13,6eV

ENERGIA JONIZACJI ZALEZY OD ORBITY NA KTOREJ JEST ATOM r_n=PROMIEN ORBITY n-tej (n=1,2,3,...) r_n=n²h²E₀/Πn_ee² GDY n=1 r_n=0,5A⁰

ENERGIE CALKOWITA NA DOWOLNEJ ORBICIE E_C=E_K+E_P GDZIE

E_P= U=V=^r∫₀F(r)dr

E_C=E_k+U

E_n - ENERGIA CALKOWITA NA DOWOLNEJ ORBICIE BOHROWSKIEGO

E_n=-me⁴/8E₀²h² * 1/n² TO E_n=1/n² n - NUMER ORBITY BOHRA

(RYS) PRZYKL ENERGI JONIZACJI

6 LICZBY KWANTOWE, ZAKAZ PAULIEGO

LICZBY KWANTOWE „n”- GLOWNA LICZBA KWANTOWA KTORA OKRESLA ROZCIAGLOSC ORBITALU. DO OPISU TEJ LICZBY TRZEBA WPROWADZIC:

„l” - LICZBE ORBITALNA ZWIAZANA Z RUCHEM ELEKTRONOW PO ORBICIE I POSIADA MOMENT PEDU l=n-1

„m_l” - ORBITALNA LICZBA MAGNETYCZNA KWANTOWA ZWIAZANA JEST Z RZUTEM MOMENTU PEDU NA KIERUNEK POLA m_l=2l+1

„m_s” SPINOWA LICZBA KWANTOWA ZWIAZANA JEST Z ORIENTACJA SPINU I OTRZYMUJE +- ˝↑↓

DOWOLNE KOMBINACJE LICZB KWANTOWYCH DLA n=1 I n=2

n l m_l m_s CALKA LICZY ELEKT.

1 0 0 +½/-½ 1s²2

2 0 0 +½/-½ 2s²

2 1 -1 0 1 -½/½ 2p⁶

s - STAN 1, p - STAN 2, d - STAN 3, f - STAN 4

ZAKAZ PAULIEGO

W ATOMIE STAN OKRESLONY PRZEZ 4 LICZBY KWANTOWE n,l,m_ll,m_s MOZE BYC ZAJETY TYLKO PRZEZ JEDEN ELEKTRON. W ATOMIE NIE MOGA ISTNIEC ELEKTRONY O TYCH SAMYCH LICZBACH KWANTOWYCH. ZGODNIE Z ZAKAZEM PAULIEGO OZNACZA ZE KAZDA KOMORKA [PRZESTRZENI MOZE ZAWIERAC TYLKO ELEKTRONY ROZNIACE SIE MIEDZY SOBA KIERUNKIEM SPINOW.

7 ROWNANIA MAXWELLA - PRAWO GAUSSA AMPERA FARADAYA

ROWNANIA MAXWELLA - PODSTAWOWE ROWNANIA ELEKTROMAGNETYZMU PRZY ZALOZENIU ZE W OSRODKU NIE MA MATERIALOW MAGNETYCZNYCH ANI DIELEKTRYKOW

PRAWO GAUSSA DLA ELEKTRYCZNOSCI (DOTYCZY LADUNKU I POLA ELEKTRYCZNEGO)

GLOWNE EFEKTY:

E₀∫Eds=q

• LADUNKI JEDNOIMIENNE ODPYCHAJA SIE

• LADUNKI ROZNOIMIENNE PRZYCIAGAJA SIE

• LADUNEK UMIESZCZONY NA IZOLOWANYM PRZEWODNIKU PRZEMIESZCZA SIE W KIERUNKU JEGO POWIERZCHNI ZEWNETRZNEJ

PRAWO GAUSSA DLA MAGNETYZMU

→

∫Bds=0 B=μμ₀H

GLOWNE EFEKTY DOSWIADCZALNE: NIE MOZNA UTWORZYC POJEDYNCZEGO ODOSOBNIONEGO BIEGUNA MAGNETYCZNEGO

PRAWO AMPERA EFEKT MAGNETYCZNY ZMIENIAJACEGO SIE POLA ELEKTRYCZNEGO LUB PRADU:

∫Bdl=μ₀E₀dΦ_E/dt +μ₀i UOGÓLNIONE PRAWO AMPERA Φ_E=ES

PRAWO INDUKCJI FARADAYA

EFEKT ELEKTRYCZNY ZMIENIAJACEGO SIE POLA MAGNETYCZNEGO

∫Edl=-dΦ_B/dt

9 RODZAJE WIAZAN

ATOMY WIAZA SIE I POWSTAJA WIAZANIA CHEMICZNE

WIAZANIA KOWALENCYJNE = KIERUNKOWE = ATOMOWE - JEST PODSTAWOWYM WIAZANIEM CHEMICZNYM - JEST TYPEM PRZYCIAGANIA NIEELEKTRYCZNEGO. PRZY POWSTANIU TEGO TYPU WIAZAN WYSTEPUJE UWSPOLNIENIE ELEKTRONOW POCHODZACYCH OD OBU ATOMOW. W UTWORZONYCH PARACH ELEKTRONOW SPINY ICH SA SKIEROWANE PRZECIWNIE. DO CECH TEGO WIAZANIA NALEZY JEGO KIERUNKOWOSC TZN. ZEBY MIEDZY WSZYSTKIMI WIAZANIAMI UTWORZONYMI PRZEZ DANY ATOM SA SCISLE OKRESLONE. NALEZA TE WIAZANIA DO NAJBARDZIEJ TRWALYCH NP. TYPOWYM PRZYKLADEM KRYSZTALU KOWALENCYJNEGO JEST DIAMENT

WIAZANIA JONOWE - PRZYKLADEM TEGO WIAZANIA JEST SOL KUCHENNA NaCl WYSTEPUJE TUTAJ ODDZIALYWANIE ELEKTROSTATYCZNE (COULOMBOWSKIE) I ODPYCHAJACE E_n ODDZIALYWANIA COULUMBOWSKIEGO MIEDZY JONAMI ODLEGLYMI O R. F_C=-e²/4ΠE₀r²

E=-e²/4ΠE₀r F=-dE(r)/dr

WIAZANIA JONOWE TWORZY SIE GDY PIERWIASTEK O STOSUNKOWO MALEJ ENERGI JONIZACJI LACZY SIE Z PIERWIASTKIEM O DUZYM POWINOWACTWEM ELEKTRYCZNYM

(RYS)

En - JONIZACJI (RYS)

E_jNa=-e²/4ΠE₀r, F_(r)=dE_(r)/dr E_p=-e²/4ΠE₀ry^-1 +B/r_ijⁿ

FUNKCJA ENERGI POTENCJALNEJ DLA F DZIALAJACEJ MIEDZY DWOMA ATOMAMI CZASTECZKAMI MOZNA WYRAZIC W PRZYBLIZENIU NASTEPUJACO : E_(x)=a/x¹² -b/x⁶

WIAZANIA METALICZNE JEST UWARUNKOWANE OBECNOSCIA ELEKTRONOW PRZEWODNICTWA ZACHOWUJACYCH SIE PODOBNIE DO ELEKTRONOW SWOBODNYCH. WIAZANIE TO JEST BEZKIERUNKOWE. Z TEGO WZGLEDU O ROZMIESZCZENIU PRZESTRZENNYM RDZENI ATOMOWYCH DECYDUJA PRZEDE WSZYSTKIM CZYNNIKI GEOMETRYCZNE. WIAZANIA TE WYSTEPUJA DLA PIERWIASTKOW KTORE MAJA MALO ELEKTRONOW WARTOSCIOWOSCI W ATOMIE. Z TYCH TEZ WZGLEDOW PIERWIASTKI Z PIERWSZYCH KOLUMN UKLADU OKRESOWEGO TWORZA KRYSZTALY METALICZNE. FUN FALE ELEKTRONOW SA BARDZO ROZLEGLE. SCHEMAT WIAZANIA METALICZNEGO DLA Na

(RYS)

WIAZANIA VAN der WALSA - JEST TO WIAZANIE SLABE NIEELEKTROSTATYCZNE WIAZANIE MIEDZYCZASTECZKOWE W KTORYM UCZESTNICZA TRWALE LUB INDUKOWANE DIPOLE (CZASTECZKI OBDARZONE BIEGUNOWOSCIA SPOWODOWANA ASYMETRYCZNYM ROZMIESZCZENIEM ICH LADUNKOW ELEKTRYCZNYCH)

WIAZANIA WODOROWE - WYSTEPUJE GDY ATOM WODORU WIAZE SIE Z INNYMI DWOMA ATOMAMI TWORZAC TZW. MOSTKI WODOROWE. WIAZANIE TYPU SYMETRYCZNEGO A - H - A

WIAZANIA TYPU ASYMETRYCZNEGO A - H - B

10 OBLICZANIE ENERGII DYSOCJACJI

ENERGIA DYSOCJACJI TO ENERGIA POTRZEBNA DO ODDZIELENIA DROBINY. ROWNA SIE ZMIANIE ENERGI POTENCJALNEJ OD MINIMALNEJ WARTOSCI W PUNKCIE (WZOR)

E_kin W POLOZENIU ROWNOWAGI >= BEDZIE ROWNA b˛/4a TO CZASTECZKA ULEGNIE DYSOCJACJI

11 TUNELOWANIE I SKAMINGOWY MIKROSKOP TUNELOWY

(TUNELOWANIE ?????? BRAK METERIALOW)

SKAMINGOWY MIKROSKOP TUNELOWY STHISTS ZOSTAL WYNALEZIONY W 1981, POZWALA OBSERWOWAC MIKROSKOP ZA POMOCA PRADU TUNELOWEGO FALA DEWROJA: λ=h/p (p-PED, λ - FALA KROTKA)

(RYS)

PRZESOWAJAC „IGLE” DO BADANEJ PROBKI PRZESÓWA SIE W X I Y, TRZYMAMY WYSOKOSC ABY PRAD TUNELOWY MOGL PLYNAC A STALA ODLEGLOSC (PRACUJEMY W STALYM PRADZIE ELEKTRYCZNYM) ZA POMOCA ELEMENTOW PIROELEKTRYCZNYCH PRZESOWAMY I NA KOMPUTERZE OTRZYMUJEMY OBRAZ TROJWYMIAROWY. PIROELEMENT - CERAMIKA - POD WPLYWEM ROZNICY TEMPERATUR WYDLUZA SIE I SKRACA. ABY OGLADAC ZMIANY RZEDU ANKSZTREMOW ZA POMOCA MIKROSKOPU TO NALEZY ROZWIAZAC 3 RZECZY:

• WYELIMINOWAC WIBRACJE

• KSZTALT IGLY (OSTRZA) - ABY KANAL BYL RZEDU POJEDYNCZYCH ANKSZTREMOW

• KONTROLA POLOZENIA SONDY ZA POMOCA ELEMENTOW PIROELEKTRYCZNYCH W 3 PLASZCZYZNACH

POJEDYNCZE ATOMY MOZNA OGLADAC ZA POMOCA MIKROSKOPU SKAMINGOWEGO TUNELOWEGO - MAJA NAJWIEKSZE ROZDZIELCZOSCI

SA TRZY METODY ODWZOROWYWANIA POJEDYNCZYCH ATOMOW

1. TRANSMISYJNA MIKROSKOPIA ELEKTRONOWA

2. JONOWA MIKROSKOPIA JONOWA

3. SKAMINGOWA MIKROSKOPIA TUNELOWA

12 METALE - KLASYCZNA TEORIA DRUDEGO

W 1900 - W 3 LATA PO ODKRYCIU ELEKTRONU WYJASNIL ON PRZEWODNICTWO ELEKTRYCZNE W METALACH. W TEJ TEOPRI ZAKLADA SIE ZE NOSNIKAMI LADUNKU ELEKTRYCZNEGO W METALU SA ELEKTRONY SWOBODNE PORUSZAJACE SIE MIEDZY JONAMI TWORZACYMI SIEC KRYSTALICZNA. SPOJNOSC KRYSZTALU ZAWDZIECZAMY SILA PRZYCIAGANIA ELEKTROSTATYCZNEGO POMIEDZY DODATKOWO NALADOWANYMI JONAMI I UJEMNIE NALADOWANYM GAZEM ELEKTRONOWYM

• CZAS SREDNI MIEDZY ZDERZENIAMI E=2/v_t E=8 10^-15 s = 10¹⁴s

• RUCHLIWOSC ELEKTRONOW μ=eE/m_e = 1,5 10^-3m²

13 PRAWO OHMA

→ →

j = δ E ZALEZNOSC BEDZIE SLUSZNA TAK DLUGO DOPUKI WSPOLCZYNNIK PROPORCJOALNOSCI j DO E JEST STALY, CZYLI GDY δ =const. DLA METALI PRZEWODNICTWO NIE ZALEZY OD E. ZALEZNOSC TA SPELNIONA JEST TEZ DLA POLPRZEWODNIKOW W SLABYCH POLACH (TZN. V₁>>V_d , V₁ - SREDNICA PREDKOSCI RUCHU CIEPLNEGO ELEKTRONOW) - DLA METERIALOW

J=U/R - DLA JEDNORODNEGO PRZEWODNIKA WALCOWEGO.

14 KLASYFIKACJA MATERIALOW WG. PRZERWY ENERGETYCZNEJ; WARTOSC PRZEWODNICTWA.

(OD STOPNIA ZAPELNIANIA PASM ENERGETYCZNYCH PRZEZ ELEKTRONY I ROZMIESZCZENIA TYCH PASM)

1 IZOLATORY - W IZOLATORACH NAJWYZSZE ZAJETE DOZWOLONE PASMO ENERGETYCZNE JEST CALKOWICIE OBSADZONE. PASMO WZBRONIONE MA NA TYLE DUZA SZEROKOSC ZE ANI ZBUDZENIE TERMICZNE ANI SLABE POLE ENERGETYCZNE NIE SA W STANIE PODNIESZ ELEKTRONOW Z DOZWOLONEGO PASMA CALKOWICIE WYPELNIONEGO ELEKTRONAMI, DO PASMA PUSTEGO LEZACEGO NAD PASMEM WZBRONIONYM JEDYNIE W BARDZO SILNYM POLU ELEKTRYCZNYM ELEKTRONY MOGA PRZEJSC Z PASMA WYPELNIONEGO DO PASMA PUSTEGO. ZACHODZI WOWCZAS PRZEBICIE IZOLATORA (RYS)

PRZEWODNIKI - W PRZYPADKU PRZEWODNIKA (METALU) NAJWYZSZE PASMO ENERGETYCZNE ZAMIENIAJACE ELETRONY JEST WYPELNIONE CZESCIIOWO. WEWNATRZ TEGO PASMA ELEKTRONY MOGA BYC PODNIESIONE NA WYZSZE POZIMY ENERGETYCZNE. CIALO STALE, KTORE POSIADA PASMO CZESCIOWO OBSADZONE JEST ZATEM DOBRYM PRZEWODNIKIEM PRADU ENERGETYCZNEGO. (RYS)

POLPRZEWODNIKI - W PRZYPADKU CZYSTYCH POPRZEWODNIKOW SZEROKOSC PASMA WZBRONIONEGO, CALKOWICIE WYPELNIONYM ELEKTRONAMI JEST MALA. NASTEPNE PASMO DOZWOLONE TZW. PASMO PRZEWODNICTWA JEST W TEMP. ZERA BEZWZGLEDNEGO CALKOWICIE PUSTE. PASMO CALKOWICIE OBSADZONE W TEJ TEMP. NAZYWA SIE PASMEM PODSTAWOWYM. (RYS)

15 ZALEZNOSC PRZEWODNICTWA OD TEMP.

δ=1/٩(RO)=ne²T(tał)/2m (٩ - GESTOSC) WPROWADZONO PRZY ZALOZENIU STALEGO CZASU MIEDZY ZDEZENIAMI ELEKTRONOW

T(tał)=1/V WOBEC CZEGO δ=ne²l/2mv. PODSTAWIAJAC 1/V=(Πm/2kT(temp))^½, OTRZYMUJEMY δ=Π^½ne²T(tał)/3(2nkT(temp))^½ ZE WZORU TEGO WIDAC ZE PRZEWODNICTWO ELEKTRYCZNE METALU ZALEZY OD TEMPERATURY I RODZAJU METALU.

16 POLPRZEWODNIKI SAMOISTNE I DOMIESZKOWE

POLPRZEWODNIKI SAMOISTNE - TO POLPRZEWODNIKI CZYSTE CHEMICZNIE W TEMP. ZERA BEZWZGLEDNEHO PASMO WALENCYJNE POPRZEWODNIKOW SAMOISTBYCH JEST CALKOWICIE ZAPELNIONE A PASMO PRZEWODNICTWA - CALKOWICIE PUSTE. OBA PASMA ROZDZIELA PRZERWA ENERGETYCZNE RZEDU 1[eV]. PRZEWODZAC PASMA PRZEWODNICTWA ELEKTRONY TAKIE STAJA SIE SWOBODNYMI NOSNIKAMI PRADU. JEDNOCZESNIE W PASMIE WALENCYJNYM POJAWIAJA SIE STANY NIEOBSADZONE (DZIURY) PO TYCH ELEKTRONACH, KTROE TEZ MOGA POWODOWAC PRZEPLYW PRADU. LICZBA DZIUR JEST ROWNA LICZBIE ELEKTRONOW W PASMIE PRZEWODNICTWA. W TEN SPOSOB PRZEWODNIK SAMOISTNY MOZ EPRZEWODZIC PRAD ELEKTRYCZNY. SKLADAJA SIE NA NIEGO DWA RODZAJE PRADU: PRAD ELEKTRONOWY W PASNIE PRZEWODNICTWA I PRAD DZIUROWY W PASMIE WALENCYJNYM

POLPRZEWODNIKI DOMIESZKOWE - MECHANIZM DZIALANIA DOMIESZEK MOZNA OMOWIC NA PRZYKLADZIE ATOMOW INDU ORAZ ARSENU, WPROWADZONYCH DO GERMANU. GERMAN MA STRUKTURE KRYSTALICZNA. WIAZANIA MIEDZY ATOMAMI SA TYPU KOWALENCYJNEGO. JESLI W SIECI GERMANU ZAMIAST JEDNEGO Z JEGO ATOMOW ZNAJDZIE SIE ATOM Z TRZECIEJ KOLUMY KLADU OKRESOWEGO (NP. Jn) TO JEDNO Z WIAZAN POZOSTANIE NIEWYSYCONE. WIAZANIE TO MOZE BYC UZUPELNIONE DOWOLNYM ELEKTRONEM Z INNEGO ATOMU GERMANU. PRZEJSCIE TO WYMAGA ENERGII - ALE JEST ONA DOSC MALA OK. 0,015 eV. ELEKTRON KTORY PRZENIOSL SIE NA ATOM DOMIESZKOWY ZWOLNIL MIEJSCE W INNYM WIEZLE ZOSTAWIAJAC TAM DZIORE NA JEJ MIEJSCE MOZE SKOCZYC INNY ELEKTRON, W REZULTACIE TAKICH PROCESOW DZIORA MOZE SIE PRZESOWAC WZDLUZ KRYSZTALU TZN. STAJA SIE ONE DODATNIM NOSNIKIEM PRADU. DOMIESZKI POWODUJACE TEGO TYPU EFEKTY NAZYWA SIE AKCEPTORAMI A WYNOSZONE PRZEZ NIEPOZIOMY - POZIMAMI AKCEPTORAMI. INACZEJ ZACHOWUJA SIE ATOMY DOMIESZKOWE PIERWIASTKOW Z PIATEJ KOLUMNY UKLADU OKRESOWEGO NP. (As). ATOM As MA 5 ELEKTRONOW: Z KTORYCH PIATY PORUSZA SIE .WOKÓŁ MACIERZYSTEGO ATOMU. SILY PRZYCIAGANIA COULUMBOWSKIEGO SA DOSC ZREDUKOWANE. DZIEKI TEMU PIATY ELEKTRON LATWO MOZE ODERWAC SIE OD ATOMOW As I PRZENIESC W INNE POLOZENIE STAJAC SIE ELEKTRONEM PRZEWODNICTWA. W TEORI PASMOWEJ OZNACZA TO, ZE ATOM ARSENU ZNOSI JEDEN DODATKOWY POZIOM ENERGETYCZNY. DOMIESZKI TEGO RODZAJU NAZYWAJA SIE DONORAMI, BO DOSTARCZAJA ONE ELEKTRONY DO PASMA PRZEWODNICTWA. W DUZYM ZAKRESIE TEMP. PRZEWODNICTWO POPRZEWODNIKA JEST POCHODZENIA DOMIESZKOWEGO. PRZEWODNICTWO UWARUNKOWANE ISTNIENIEM AKCEPTONOW JEST PRZEWODNICTWEM O CHARAKTERZE DZIOROWYM, PRZEWODNICTWO ZWIAZANE Z DONORAMI MA CHARAKTER ELEKTRONOWY. JESLI JEDNAK DOMINUJE PRZEWODNICTWO DZIOROWE TO POLPRZEWODNIK NAZYWAMY POPRZEWODNIKIEM TYPU p. STRUKTURA ENERGETYCZNE POLPRZEWODNIKOW Z DOMIESZKAMI: (RYS)

ΔEg - WIELKOSC PRZEEWY ENERGETYCZNEJ

ΔEa - ODLEGLOSC PRZERWY AKCEPTOWANA DO WIERZCHOLKA PASMA

ΔEd - ODLEGLOSC MIEDZY ATOMEM ARSENU A DNEM PASMA PRZEWODNICTWA

17 POPRZEWODNIKOWA DIODA TUNELOWA

18.REGULA MATTHIESSENA.

PROCES ROZPROSZENIA FAL ELKTRONU MOZNA OPISAĆ:JEZELI ELKTRONY PORUSZAJA SIE W KIERUNKU OSI X I ICH LICZBACH PRZED ROZPROSZENIEM WYNOSI N(x) TO LICZBA dN(x) ROZPROSZONYCH NA PEWNYM ODCINKU -dx W OTOCZENIU PUNKTU x WYNOSI dN(x)= -N(x)dx/ λ

λ-ŚREDNIA DRODA SWODODNEGO ELEKTRONU.JEZELI ZACHODZĄ DWA NIEZALEŻNE PROCESY ROZPROSZENIA , JEDEN- ROZPRASZANE NA FONACH ZE SREDNIA DROGA SWOBODNA λ_T , DROGI- ROZPROSZENIE NA DOMIESZKACH ZE SREDNIA DROGA SWOBODNA λ_L , TO SLUSZNE JEST ROWNANIE dN(x)= -N(x)dx/λ_T - N(x)dx/λ_L BO N(x)=N₀exp[-x(1/λ_T+1/λ_L)] CALKOWITA DROGA SWOBODNA n WYNOSI 1/λ=1/λ_T+1/λ_L CZAS RELAKSACJI ł =λ/2V_F PODSTAWIAJAC DO 1/λ OTRZYMUJEMY 1/ł=1/ł_T +1/ł₂ PRZEWODNICTWO ELEKTRYCZNE σ=sinή =ne²ł/m* A OPOR WLASCIWY γ=1/δ=m*/me²ł γ=γ_T+γ_L ZALEZNOSC TA NOSI NAZWE REGULY MOTTHIESSENA WYNIKLO Z NIEJ ZE PRZY T→0 ROWNIEZ p_T→0 I W OBEC p=p_L NIE ZNIKAJACY p_L NAZYWAMY OPOREM RESZTKOWYM LUB SZCZATKOWYM.

WARTOSC OPORU WLASCIWEGO W POBLIZU ZERA BEZWZGLEDNEGO ZALEZY W DUZYM STOPNIU OD CZYSTOSCI MATERIALU: IM CZYSTSZY METAL TYM MNIEJSZY OPOR WLASCIWY.

_20.LASERY (RUBLANOWY,GAZOWY)

LASERY TO ŻRODLA SWIATLA SPUJNEGO.DZIALANIE ICH POLEGA NA WYKORZYSTANIU WYMUSZONEJ EMISJI PROMIENIOWANIA.PRZYKLADEM LASERA PRACUJACEGO NA CIALACH STALYCH JEST:

LASER RUBINOWY-ISTOTNYMI CZESCIAMI TAKIEGO LASERA SĄ:WALEC NUBINOWY I SPIRALA,LAMPA BLYSKOWA.LAMPA BLYSKOWA ZAPALA SIĘ POD WPLYWEM IMPULU NAPIECIA ELEKTRYCZNEGO DOPROWADZONEGO DO ELEKTRODY NA OKRES KILKU MILISEKUND.LAMPA EMITUJE SWIATLO NIEBIESKIE I ZIELONE KTÓRE JEST ABSORBOWANE PRZEZ RUBIN. ENERGIA TEGO SWIATLA JEST ZRODLEM ZBUDZENIA JONOW CHROMU.WZBUDZENIE TO POLEGA ZE JOMY CHROMU PRZEDOSTAJA SIĘ NA WYZSZE POZIOMY ENERGETYCZNE.GDY ZGROMADZI SIĘ ICH WIEKSZA ILOSC WTEDY SPONTANICZNE WYEMITOWANE FOTON WYMUSI JEDNOCZESNE PRZEJSCIA WIELU ATOMOW CHROMU DO STANU PODSTAWOWEGO,CZYLI SPOWODUJE WYMUSZONA EMISJE SILNEGO PROMIENIOWANIA SWIETLNEGO.TAK WIEC Z LASERA OTRZYMUJE SIĘ SILNE WIASKI SWIATLA MONOCHROMATYCZNEGO I SPOJNEGO.

LAER GAZOWY-HELOWO NEONOWY-PRACUJE W SPOSÓB CIAGLY.HELU JEST 10 RAZY WIECEJ NIŻ NEONU;ZASILANY JEST ZA POMOCA GENERATORA I WYKORZYSTUJE SIĘ PRZEJSCIA ENERGETYCZNE NEONU; KTÓRY MA 3-POZIOMY ENERGETYCZNE

24.EFEKT MEISSNERA-OSCHEUTELDA.

NIEZWYKLE WAZNA WLASCIWOSCIA NADPRZEWODNIKÓW W STANIE NADPRZEWODNICTWA JEST TO,ZE POLE MAGNETYCZNE NIE WNIKA DO WNETRZA.NA POWIERZCHNI NADPRZEWODNIKA UMIESZCZONEGO W POLU ZEWNETRZNYM W TEMP.NIZSZEJ NIŻ TEMP.KRYTYCZNA PLYNIE ZAINDUKOWANY PRAD POWIERZCHNIOWY TAKI,ZE WYTWARZANY PRZEZ TEN PRĄD POLE MA TAKĄ SAMĄ WARTOŚĆ JAK POLE PRZYLOZONE LECZ PRZECIWNIE SKIEROWANE.FAKT TEN ZWANY ZJAWISKIEM MEISSNERA OZNACZA ZE NADPRZEWODNIK JEST W TYCH WARUNKACH IDEALNY DIAMAGNETYKIEM TZN.PODATNOŚĆ MAGNETYCZNA JEST ROWNA DOKLADNIE -1.

W TEMP.WYZSZEJ OD TEMP.KRYTYCZNEJ W POLU MAGNETYCZNYM NIZSZYM OD KRYTYCZNEGO WYSTEPUJE ZJAWISKO MEISSNERA,NATOMIAST JEŚLI POLE ZWIĘKSZYMY DO WARTOŚCI MNIEJSZEJ OD POLA KRYTYCZNEGO,POLE TO PRZENIKA CAŁY MATERIAL KTÓRY JEST WÓWCZAS W STANIE NORMALNYM.

25.NADPRZEWODNIK I i II RODZAJU.

NADPRZEWODNIKI KTÓRE W SPOSÓB NIE CIAGLY W POLU KRYTYCZNYM PRZECHODZA DO STANU NORMALNEGO NAZYWAMY NADPRZEWODNIKAMI PIERWSZEGO RODZAJU LUB NADPRZEWODNIK

W TEMP. NIEWIELE NIŻSZEJ OD TEMP.KRYTYCZNEJ POLE KRYTYCZNE JEST MALE (WYSTARCZY BARDZO MALE POLE MAGNETYCZNE BY ZNISZCZYC NADPRZEWODNICTWO).ROŚNIE ONO WRAZ Z OBNIŻENIEM TEMP.ZALEŻNOSC POLA KRYTYCZNEGO OD TEMP. OKREŚLA B_T=B_C[1-(T/T_C)²] POLE KRYTYCZNE SLINIE ZALEZY OD KSZTALTU PROBKI.POLE KTÓRE DZIALA W POBLIZU POWIERZCHNI W PLASZCZYZNIE ROWNIKOWEJ NADPRZEWODZĄCE KOLKI JEST WIEKSZE OD POLA ZEWNETRZNEGO.IDEALNE NADPRZEWODNIKI(DIMAGNETYKI) PIERWSZGO RODZAJU:BRAK PRAKTYCZNEGO ZASTOSOWANIA BO DUZY PRAD NISZCZY NADPRZEWODNICTWO.

NADPRZEWODNIKI II RODZAJU CHARAKTERYZUJA SIĘ DWOMA POLAMI KRYTYCZNYMI.W POLU NIZSZYM OD PIERWSZEGO POLA KRYTYCZNEGO,STRUMIEN POLA MAGNETYCZNEGO NIE WNIKA DO PROBKI.PO PRZEKROCZENIU PIERWSZEGO POLA KRYTYCZNEGO POJAWIAJA SIĘ WIRY KTÓRYCH RUCHWYWOLUJE DODATKOWE STRATY I PROWADZI DO POJAWIANIA SIĘ OPORNOŚCI.(JEŚLI ODLEGLOSC KOCHERENCJI
STAJE SIĘ MNIEJSZE NIŻ λ TO ENERGIA GRANICY STAJE SIĘ UJEMNA)STAN MIESZANY JEST WEWNATRZ WŁAŚCIWOŚCI NADPRZEWODNIKOW ii RODZAJU ABY NASTAPILO PRZEJSCIE NADPRZEWODNIKOW II RODZAJU W STAN MIESZANY MUSI BYĆ SPELNIONY WARUNEK: POLE ZEWNETRZNE MUSI PRZEWYZSZAC PEWNE WARTOSC KRYTYCZNA, DOLNYM POLEM KRYTYCZNYM.

NADPRZEWODNIKI II RODZAJU ZNAJDUJA SIĘ W STANIE MIESZANYM MA MNIEJSZA ENERGIE SWOBODNE NIŻ ODPOWIADAJACY MU NADPRZEWODNIK I RODZAJU W TYM SAMYM PODPRZEWODNIKIEM ZEWNETRZNYM.

27.PARY COOPERA.

PODSTAWOWYM MECHANIZMEM ODPOWIEDZIALNYM ZA PRZEWODNICTWO JEST POWSTAWANIE TAK ZWANYCH PAR KOPERA CZYLI STANU ZWIAZANYCH ELEKTRONOW NADPRZEWODNIKA.

NAJCZESCIEJ JEST TO NIEWIELKIEGO PRZYCIAGANIA MIEDZY ELEKTRONAMI SPOWODOWANEGO WYMIANA FONONOW (KWANTY DRGAN CIEPLNYCH}. ZWYKLE ELEKTRONY SĄ ODPYCHANE SILAMI CULOMBOWSKIMI. PRAWA COPERA SĄ STANAMI ZWIAZANYMI ELEKTRONOW O PRZECIWNYCH PEDACH I SPINACH. PARY TE SĄ WEDLUG TEORII BCS PRZYCZYNA ISTNIENIA STANU NADPRZEWODNICTWO. JAKO STANY ZWIAZANE MAJA ONE BOWIEM MNIEJSZA ENERGIE NIŻ ENERGIA NIŻ ELEKTRONY WODOROWE. W ODPOWIEDNICH WARUNKACH MNIEJSZA ENERGIE NIŻ STAN NORMALNY. DZIEKI ISTNIENIU PAR COPERA STANY WZBUDZONE ELEKTRONOW NADPRZEWODNIKOWYCH ODDZIELONE OD STANU PODSTAWOWEGO PRZERWA ENERGETYCZNA ZWIAZANA Z ENERGIA WIAZANIA PAR COPERA. ISTNIENIE TEJ PRZEMIANY POWODUJE WZROST ENERGII ELEKTRONU NIE MOŻE ODBYWAC SIĘ W SPOSÓB CIAGLY. ELEKTRONY ZWIAZANE W PARY W SKUTEK TEGO NIE MOGĄ BYĆ ROZPROSZONE. DOWODEM ISTNIENIA PAR COPERA JEST OBSERWOWANA W TYM DOSWIADCZENIU JEDNOSTKA STRUMIENIA MAGNETYCZNEGO JEST ONE ROWNA 1 FLUKSONOWI. FLUKSON ROWNY JEST Φ₀= h/2e= 2,07*10^-15 Wb. PEDY ELEKTRONOW MOGACYCH TWORZYC PARE COPERA STALE SIĘ ZMIENIAJA ODPOWIADA TO ROZPROSZENIU PAR COPERA ZE STANU (H↑, -K↓) DO STANU (K'↑, -K'↓). ABY TO ROZPROSZENIE BYŁO MOŻLIWE STAN (K, -K) MUSI BYĆ OBSADZONY NA POCZATKU PRZEZ PARE ELEKTRONOW, STAN (K',-K') MUSI BYĆ NIEOBSADZONY. NA KONCU SYTUACJA MUSI BYĆ ODWROTNA. ODLEGLOSC MIEDZY ELEKTRONAMI TWORZACYMI PARY COPERA NAZYWAMY DLUGOSCI KOHERENCJI ξ_AL= 16000 A⁰

28. ODDZIALYWANIE E-FON-ELE.

FROCHLICH W 1950 WYKAZAL ZE ODDZIALYWANIE E- FONON JEST W STANIE ZWIAZAC ZE SOBA DWA ELEKTRONY. ELEKTRON PRZELATUJACY OBOK JONU SIECI KRYSTALICZNEJ MODYFIKUJE NIEZNACZNIE POLOZENIE JONU SIECI. TA ZMIANA POLOZENIA UDZIELA SIĘ SASIEDNIM JONOM W KRYSZTALE RODZI SIĘ FONON KTÓRY ROZCHODZI SIĘ W SIECI. TO DRGANIE SIECI WYWIERA WPLYW NA RUCH INNEGO ZNAJDUJACEGO SIĘ W PEWNEJ ODLEGLOSCI ELEKTRONU. ODDZIALYWANIE TO W METALU MOŻE MIEĆ CHARAKTER PRZYCIAGAJACY MIMO ODPYCHANIA CULOMBOWSKIEGO MIEDZY ATOMAMI. COPER WYKAZAL ZE DWA ELEKTRONY KTÓRYCH WZAJEMNE ODDZIALYWANIE JEST NA TYLE SLABE ZE NIE MOGLYBY ONE SAME UTWORZYC ATOMU ZWIAZANEGO BĘDĄ MOGLY WIAZAC SIĘ W PARE W OBECNOSCI INNYCH ELEKTRONOW

29.FALE MATERII

DE BROGLII ZALOZYL ZE DLUGOSC PRZENIKAJACYCH FAL MATERII JEST OKRESLONY ZWIAZKIEM KTÓRY STOSUJE SIĘ DO SWIATLA

Λ=h/p KTÓRY WIAZE DLUGOSC FALI SWIETLNEJ Z PEDEM FONOW DE BROGLIE PRZEWIDZIAL ZE DLUGOSC FALI MATERII JEST DANA TEZ ROWNANIEM λ=h/p GDZIE p OZNACZA PED CZASTKI MATERIALNEJ DLUGOSC FALI OBLICZONE ZE WZORU λ=h/p DLA ELEKTRONU O ENERGII 54e V WYNOSI 1,64A⁰ WYNIKA Z TEGO ZE ELEKTRONY WYKAZUJE NATURE FALOWA. MATERIA W PEWNYCH OKOLICZNOSCIACH ZACHOWUJE SIĘ PODOBNIE JAK CZASTKA W INNYCH JAK FALA.

31.KWANTOWANIE STRUMIENIA MAGNETYCZNEGO

W 1961 DEAVER I FAIRBAUE ORAZ DAL I NABAUER WYKAZALI ZE STRUMIENIE POLA MAGNETYCZNEGO ZAMROZONY WEWNATRZ NADPRZEWODZACEGO JEST SKWANTOWANY. JEST TO BEZPOSREDNIA KONSEKWENCJA KWANTOWANIA PRADU PAR COPERA BEDACYMI NOSNIKAMI PRADU. KWANT STRUMIENIA MAGNETYCZNEGO ZWANEGO FLUKSONEM JEST ROWNY ф₀=2,0678*10^-15Wb ∫m_Sv/e_S dl + ∫A dl = nh/e_S OKAZUJE SIĘ ZE CHLODZAC NADPRZEWODNIK W ZEWNETRZNYM POLU MAGNETYCZNYM MOŻEMY W NIM ZAMROŹIC TYKO STRUMIEN. DEAVER I FARBAU POTWIERDZILI KWANTOWY STRUMIEN MAGNETYCZNY W OLOWIANYM CILINDRZE OCHLODZONYM DO TEMP. 4,2 K . GDY W CILINDRZE BYM MIERZONY STRUMIEN MAGNETYCZNY Φ_W MOMENT SILY JAKI ODDZIALYWUJE NA WAHADLO N= Nφ_W x H_P WAHADLO WYCHYLALO SIĘ PROPORCJONALNIE DO STRUMIENIA Φ_W WYCHYLENIE MIALO NORMALNY CHARAKTER.

33. METODY WYZNACZANIA PRZERWY ENERGETYCZNEJ W NADPRZEWODNIKACH.

INNYM ZJAWISKIEM KTÓRE POTWIERDZA KWANTOWY STRUMIEN MAGNETYCZNY W NADPRZEWODNIKACH ZJAWISKO JOSEPSHONA. PRZEWIDZIAL ON MOZLIWOSC TUNELOWANIA PAR COPERA MIEDZY DWOMA NADPRZEWODNIKAMI ODDZIELONYMI WARSTWA DIELEKTRYKA. W WYNIKU TEGO TUNELOWANIA JEST PRZEPLYW PRZEZ ZLACZE NADPRZEWODNIK - IZOLATOR- NADPRZEWODNIK PRADU ELEKTRYCZNEGO ZLACZE TUNELOWE JOSEPONA NALEŻY DO ZERSZEJ GRUPY TZW. STALYCH ZLACZY. NATEZENIE PRADU TUNELUJACEGO PRZEZ ZLACZE JOSEPSONA OPISUJE J=J₁SINΦ GDZIE Φ TO ROZNICA FAZ FALOWYCH PAR COPERA POPRZECIWNYCH STRONACH ZLACZA.

---