Юный техник 1975-07, страница 48

ОСТАЮТСЯ ЛИ «БЕРЕГА»?

Если популярное выражение «море знаний» принять буквально, то заметим: не все ученые уходят по нему в неизвестность. И не потому, что смелости не хватает. В океане непознанного даже у береговой кромки можно найти удивительное. И в кажущихся тихими заводях обнаруживаются головокружительные глубины. Это и подтвердило лишний раз недавнее открытие в «тихой» физике твердого тела, зарегистрированное в Государственном реестре СССР 13 марта 1975 года и принесшее не одни — сразу два сюрприза.

«БЕРЕГА» ЗОННОЙ ТЕОРИИ

До 1926 года все в области твердого тела было непонятно. «Все» — это значит, что непонятна была сама разница между твердыми телами — металлами^ полупроводниками, диэлектриками — разница, казалось бы, очевидная: главное отличие этих тел — различная, электропроводимость. Известно же было лишь одно: носители тока в металле — свободные электроны. Тогдашняя теория рассматривала их как совсем свободные, упуская очень важное — взаимодействие электронов в металле с ионами кристаллической решетки. Потому механизм проводимости оставался неясным. Непонятным было и то, почему в полупроводниках проводимость тока низка, а в диэлектрике свободных электронов

в нормальных условиях нет вовсе. Лишь зонная теория, явившаяся прямым следствием квантовой механики — она появилась в 1926 году, — ответила на эти вопросы.

Оказалось, что атомы, объединяясь в кристаллическую решетку, «зацепляются» друг за друга энергетическими уровнями. Объединяясь, энергетические уровни электронов образуют энергетические зоны. По выражению профессора Н. Б. Брандта, одного из авторов открытия, о котором идет речь, «в твердом теле элект-троны живут в своеобразном слоеном пироге — зонах». Однако не надо думать, что речь идет о зонах в пространстве, хотя графически зоны изображаются именно так. Зоны — это интервалы значений энергии электронов, которой они могут обладать в атоме.

Во-вторых, зоны могут быть заполнены до конца, то есть все уровни могут быть в них заняты — тогда их называют валентными. А могут быть неполностью заполнены или совсем пусты —■ это зоны проводимости. Между валентными зонами и зонами проводимости может существовать промежуток — щель. Значений, укладывающихся в него, энергия электронов в атоме принимать не может. Но щели может и не быть. Так вот, в зонной теории было установлено: в металлах щели между зонами нет, и зоны перекрывается (обратите внимание — перекрываются, налегают друг на