Hallo liebe wer weiss wass Experten,
Bei „höheren“ Temperaturen springen die Elektronen laut Bändermodell bei Halbleitern ja vom Valenzband ins Leitungsband. Jetzt meine Frage: Liegt das alleine an den Gitterschwingungen der Atome das hier und da einige Bindungen aufbrechen oder gibt die Umgebungstemperatur den Valenzelektronen genügend Energie damit diese sich „vom Atom trennen“ können? Oder liegt hierbei (zusätzlich) eine völlig andere Ursache vor?
Mit freundlichsten Grüßen
Dude09
Hallo!
Du verwurschtelst da zwei Modelle miteinander. In dem Modell, das ich mal Kristallgittermodell nennen möchte, gibt es keine Bänder und im Bändermodell gibt es keine Bindungen die aufbrechen können. Es sind zwei Versuche, das äußerst unanaschauliche Verhalten der Elektronen anschaulich zu machen und beide Modelle (vor allem das erste) haben ihre Grenzen.
Das Auseinanderbrechen einer Bindung im Kristallgittermodell ist genau der Vorgang, der im Bändermodell durch ein Sprung eines Elektrons aus dem Valenz- ins Leitungsband beschrieben wird.
Du schreibst:
„Liegt das alleine an den Gitterschwingungen der Atome das hier und da einige Bindungen aufbrechen oder gibt die Umgebungstemperatur den Valenzelektronen genügend Energie damit diese sich „vom Atom trennen“ können?“
Die Gitterschwingungen der Atome sind die Umgebungstemperatur.
Gitterschwingungen werden in der Quantenphysik als „Phononen“ beschrieben (kein Schreibfehler). Ein Phonon ist ein Quantenobjekt, das sich ähnlich verhält wie ein Photon. Es kann also absorbiert oder emittiert werden. Aber es handelt sich dabei eben nicht um Licht, sondern um die thermische Energie eines Festkörpers.
Wenn Du so willst, bedeuten folgende Sätze genau dasselbe:
„Durch die Gitterschwingungen brechen Bindungen auf, wodurch Elektronen freigesetzt werden.“
„Durch die Absorption eine Phonons wird ein Elektron aus dem Valenzband ins Leitungsband gehoben.“
Michael
Hallo Michael,
Vielen Dank für die schnelle Antwort,
wirklich super erklärt.
Jetzt stellt sich mir allerdings die Frage was es mit der Absorption eines Phonons auf sich hat. Könnte man vereinfacht behaupten das Phonon wird vom Atom absorbiert oder wäre das nicht korrekt?
Ich will dabei jetzt nicht irgendwelche Quantenmechanik vertiefen, interresiert mich nur rein formalitätshalber.
Beste Grüße und einen schönen Abend
Dude09
Hallo Dude09,
es wurde ja schon korrekt erklärt, dass man auf dem Niveau, wie es hier ausreichend ist, Phononen und Photonen gut vergleichen kann.
Erst mal könnte man daher sagen, dass Du mit Deiner Formulierung recht hast. Im Detail und im Fall der Phononen ist das absorbierende Atom „Teil“ des Phonons, verstanden als Gitterschwingungs-quant. Das Phonon gäbe es also ohne das Atom und dessen Nachbarn nicht - im Unterschied zum Photon.
Übrigens gelten alle Aussagen der math. gestützten Naturwissenschaften nur „rein formalitätshalber“. Oder was meintest Du damit?
Mit dem Phonon-Modell der Kristallschwingungen kommt man nämlich auch recht weit, z. B. bis zur (klassischen) Supraleitung. Die Ladungsträger sind hier Elektronen-Paare aus Elektronen mit entgegengestztem Impus, Spin etc. die über eine Austausch-WW, vermittelt über ein Phonon, als sog. Cooper-Paare verlustfrei durch den FK wandern.
So long,
Stefan