【中華百科全書●科學●能帶】

楊籍富

【中華百科全書●科學●能帶】

 

原子內之電子依其能量而排列在某些特定的能階（EnergyState），如1s、2s、2p…等。

 

而這些能階是量子化的，亦即不連續的。

 

當兩個原子組合成分子時，由於原子間的相互作用，原子之電子能階會有些許改變，稱之為能量分劈（EnergySplitting），其能譜（EnergySpectrun）此時形成了一系列不連績的雙能階，即每一原子內之能階，1s、2s、2p…等，都分劈成兩個很接近的次能階。

 

即由兩個原子組成之分子，其1s能階有兩個次能階，每一次能階可容正、反自旋電子各一，共四個電子。

 

在三個原子組成之分子，其每一原子能階分劈成三，而四原子組成之分子其每一原子能階，分劈成四次能階，餘次類推。

 

固體可視為一N個多原子組合成之巨大分子。

 

其每一原子能階，分劈成N個非常接近的次能階。

 

因為N的數目非常大~1023，所以其能階中兩次能階之距離就變得非常小，而視之為一連續之能帶，即每一能階1s、2s、2p…等形成1s、2s、2p…等能帶。

 

一般能帶的寬度大約是5eV，由此計算出能帶內兩次能帶間之距離大約是5eV，除以原子數目（1023）等於5×10－23eV。

 

圖1是鋰原子、分子和固體之能譜分布情況。

 

見附圖1。

 

能帶之寬度，隨能量之增加或晶格內原子之間距縮短而變寬。

 

固體之能譜是由許多能帶組合而成，兩能帶之間隔，不容任何電子存在稱之為禁帶（ForbiddenBavd）。

 

在某些情況下，兩能帶會重疊而使禁帶消失。

 

圖2是鈉原子間之距離與能帶間之關係。

 

見附圖2。

 

能帶是固體物理中一個重要的觀念。

 

能帶之結構以及電子在能帶的分布情況，可以決定一個晶體之導電性質。

 

如果一晶體內之電子排列，使其能階中某一能帶以下之能帶，完全占滿，而其以上之能帶，完全沒有任何電子時，欲使這種晶體導電，必須使能帶內之電子，獲得足夠的能量，由下面占滿之能帶，跨越禁帶到達上一能帶中。

 

此種晶體，通常稱之為絕緣體。

 

如果一個晶體中，其能譜內之能帶，有一個或數個能帶，祇有部分占有電子（如百分之十~九十），此晶體可容電子其有少許能量，即可運動，一般稱此種晶體為金屬。

 

（周傳心）

 

引用：http://ap6.pccu.edu.tw/Encyclopedia/data.asp?id=9632