Аморфные твердые тела. (Лекция 6) презентация

Физика конденсированного состояния вещества Лекция 6 Аморфные твердые тела

Твердые тела, с неупорядоченной внутренней структурой (некристаллические тела) называются аморфными. Твердые тела, с неупорядоченной внутренней структурой (некристаллические тела) называются аморфными. Микрочастицам энергетически выгодно именно кристаллическое (упорядоченное) расположение. Однако при образовании твердых тел существенную роль играет еще и время перехода из одного агрегатного состояния в другое. Если это время мало, то микрочастицы не успевают занять упорядоченное положение, а твердое тело стать кристаллическим. В веществе образуется дальний порядок и твердое тело становится аморфным. Именно ближний порядок в структуре вещества определяет многие свойства аморфных тел.

Результаты рассеивания рентгеновского излучения подтвердили это предположение. Результаты рассеивания рентгеновского излучения подтвердили это предположение. Максимумы означают наличие ближнего порядка у кристаллического кремния на расстоянии двух-четырех атомных радиусов. У аморфного кремния есть первые два максимума, а вот третьего уже нет. Таким образом дальний порядок у аморфного кремния не наблюдается.

Классификация аморфных веществ Классификация аморфных веществ В природе распространены аморфные вещества (смолы, янтарь, природные полудрагоценные камни). Кроме них человеком созданы аморфные металлы, полупроводники, стекла (путем интенсивного охлаждения). К аморфным веществам относят и различные полимеры.

Классическим примером ячеистого беспорядка являются кристаллы обычного льда в замерзшей воде. Кислород связан с решеткой двумя водородными связями, однако направление этих связей весьма случайно.

Электроны в аморфных телах Электроны в аморфных телах Для применения классической зонной теории кристаллического тела к аморфному веществу априорно можно представить, что его потенциал

Термин «Локализованные состояния» означает, что каждая волновая функция E сосредоточенна в малой области пространства и экспоненциально спадает при удалении от максимума распределения. Термин «Локализованные состояния» означает, что каждая волновая функция E сосредоточенна в малой области пространства и экспоненциально спадает при удалении от максимума распределения. Сами локализованные электроны это не есть что-то новое. Новым является тот факт что существует целый ансамбль состояний N(E), в котором все состояния локализованы. В дальнейшем было показано, что при определенных условиях локализованные состояния могут заполнять лишь крылья зоны, а в центре могут находится нелокализованные состояния. Ec и Ec` - границы отделяющие локализованные и нелокализованные состояния.

Таким образом в аморфных телах возможны два различных процесса перемещения электронов на макроскопические расстояния. Основной процесс – переход электронов по нелокализованным состояниям и, гораздо менее вероятный процесс – перемещение электронов по локализованным состояниям – прыжковые переходы. Таким образом в аморфных телах возможны два различных процесса перемещения электронов на макроскопические расстояния. Основной процесс – переход электронов по нелокализованным состояниям и, гораздо менее вероятный процесс – перемещение электронов по локализованным состояниям – прыжковые переходы. Если уровень Ферми аморфного тела лежит в области нелокализованных состояний, то вещество представляет собой металл, если в области локализованных состояний – то вещество представляет собой полупроводник или диэлектрик. Первый тип переходов типичен для аморфных твердых тел с тетраэдрическими связями между молекулами – как кремний и германий.

Второй тип типичен для халькогенидных стекол в основе которых лежат аморфные вещества, содержащие атомы халькогенов – серы, селена, телура. Второй тип типичен для халькогенидных стекол в основе которых лежат аморфные вещества, содержащие атомы халькогенов – серы, селена, телура. Полимеры и их свойства Полимеры – вещества, образованные из макромолекул, которые в свою очередь образованы большим числом повторяющихся группировок, образованных из мономерных звеньев. Число мономерных звеньев называется степенью полимеризации вещества (лежит в пределах от 102 до 104).

Макроскопическое состояние аморфного полимерного вещества подразделяется на: Макроскопическое состояние аморфного полимерного вещества подразделяется на: - стеклообразное - аналог твердого тела. Возможны колебания микрочастиц при полном отсутствии колебаний звеньев и их движении.); - высокоэластичные. Возможны колебания звеньев как целого, что обуславливает возможность изгибания цепи полимера. - вязкотекучие. Вещество полимера может двигаться (течь) как целое. По происхождению полимеры разделяются на природные (белки, нуклеиновые кислоты, смолы) и синтетические (полиэтилен, полипропилен и т.д.)

Заключение 1. У аморфных тел существует проводимость при отсутствии ближнего порядка. Причем энергия активация прыжковой проводимости существенно ниже примесной проводимости у диэлектриков. 2. Аморфное вещество, характеризуемое лишь ближним порядком во взаимодействии микрочастиц, его составляющих, способно проявлять себя как металл, или как полупроводник, или как диэлектрик.