金属のエネルギーバンド





エネルギーバンド(energy band)とエネルギーギャップ(energy gap)

ニールスボーアの原子模型によると、一つの原子核に属している電子は、連続的なエネルギーを持たない。電子は、ただまばらに定められたエネルギーのみ持つことができます。原子模型で電子の軌道を線で表現したのはこのためです。

もし、原子核が一つだけある場合は、このように説明して終わってだろうが、固体のように原子核が互いに近くに付いている場合には原子が持つ電子の軌道が互いに重ねながら太くなります。
その結果、エネルギー準位は、今は、1つの線ではなく、一定の幅を持ったバンドの形態を帯びるようになります。

そう、厚くされたエネルギー準位をエネルギーバンド(energy band)と呼び、バンドとバンドの間で、線のバンドの間では、当該エネルギーを持つ電子が存在することができないため、エネルギーギャップ(energy gap)と呼びます。

エネルギーバンドの重要性

エネルギーバンドは、金属と半導体の技術で非常に重要な概念です。
金属は電子がエネルギーバンドを介して他の場所に自由に行くことができるので、電気をよく通す導体になり、多くの非金属は、エネルギーバンドがないので、電気をよく通すことができない不導体になります。

半導体

エネルギーバンドとのエネルギーギャップをうまく利用すれば、周辺の物理的な状況に応じて、電流がよく流れるようにすることもあり、電流が流れないようにすることもできます。
この性質は、物理的なスイッチの代わりに活用することもできます。コンピュータをはじめとする多数の電子機器の目覚しい発展は、この性質を利用したものです。

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