Лекции по "Химии"

Аумақтық теорияны түсіндіру Аумақтық  теория(Зональная теория) — кристалл ішіндегі электрондар қозғалысын сипаттайтын кванттық теория. Осы теорияға сәйкес электрондардың энергетикалық спектрі кезекпен орналасқан рұқсатты және рұқсат етілмеген энергетикалық аймақтардан (жолактардан) тұрады. Аумақтық теория нәтижелері қатты денелердің көптеген маңызды заңдылықтары мен қасиеттерінің табиғатын түсінуге мүмкіндік береді; металдар, шалаөткізгіштер және диэлектриктер физикасын дамытудың негізін қалады. Аймақтық теория негізін неміс физигі Ф. Блох (1928 ж.) және француз физигі Л. Бриллюэн (1930 ж.) жасаған.

Асқынторлар. Бірөлшемді, екіөлшемді және үшөлшемді асқынтордағы дифракция түсініктеме беру Асқынторлар(crystal  superlattic)  дегеніміз  бұл  дене  қасиеттерін  сипаттайтын физикалық  шамасы  (магниттік,  электрлік  қасиеттері,  серпімділігі  және  т.б.)  әртүрлі болатын периодты түрде алмасатын аймақтары бар қатты денелер. Осы аймақтардың өлшемдері мен олардың арақашықтығыатомаралық қашықтықтардан анағұрлым үлкен болады.   1962ж.   академик   Л.В.Келдыш   асқынтордың   аумақтық   құрылымын қарастырды. Бір  осі  бойынша периодты (қабатты құрылым) бірөлшемді (1D) асқынтордеп аталады  (1D,  ағылшын.  dimension –өлшемділік).  Қабатты  құрылым1D  магниттік асқынтор  болып  табылады:  кезектесіп  алмасатын  қабаттар  магниттік  қасиеттерімен ерекшеленеді. Екіөлшемді  (2D)  асқынтордыңмысалы:  жартылай  өткізгіштің  беттігінде өткізгіштіктің  туннельдік  түрі  бар  тосқауыл  қабаттармен  бөліктелген  кванттық шұңқырлардың  жүйесі.  Мұндай  беттік  құрылымдарда  периодты  түрде  екі  бағытта электрлік қасиеттері өзгереді.Үшөлшемді(3D)асқынтордаүш  бағытта  периодты  қайталанатын  физикалық қасиеттері әртүрлі өлшемдері бірдей аймақтар болады.

Атом, молекула, нанокристалл, монокристаллдың алынуы 1927ж.   К.Д.Дэвиссон   және   Дж.Томсон   бір-бірінен   тәуелсіз   өткізген тәжірибелерде  никель  монокристалында  электрондардың  дифракция  құбылысын байқаған.Нанотехнологияларда  қолданылатын  негізгі  эффектілер  аумақтық  теорияға немесе энергиялық аумақтар теориясына қатысты. Ядролық физикаға қарағанда нанотехнологияда жеке атомдар емес молекулалар, кластерлер және нанокристалдар қарастырылады. Молекула бірнеше атомнан, кластер –ондық-жүздік,  нанокристалл –жүздік-мыңдық  атомнан,  ал  монокристалл  1018атомнан құрылады. Бірлік атомнан молекула, кластер немесе нанокристалға ауысқанда энергиялар  деңгейлердің  орналасуында  елеулі  өзгерістер  байқалады.  Жеке  атомның энергиялар мәндерінің алғашқы үшеуі  мәндердің спектрі деп аталады. Сонда  бір  атом  екіншісіне  жақындағанда  деңгейлер екіге бөлшектенеді .Ондық, жүздік, мыңдық атомдар қосылғанда дәл сондай мөлшерде деңгейлерге бөлшектенеді. Нанокристалл құрылғанда деңгейаралық қашықтық азаяды, бірақ деңгейлер дискретті болып қалады және оларды бір-бірінен  ажыратуға  болады.  Монокристалл  құрылғанда  атомдар  саны 1018асады  және  деңгей  арасындағы  қашықтық  10–18эВ-қа  дейін  азаяды.  Сонда деңгейлерді бір-бірінен ажыратуға болмайды. Энергетикалық деңгейлердің үзілмейтін тобы аумақдеп аталады.Аумақ рұқсат етілген және тыйым салынған болып екіге бөлінеді. Рұқсат етілген аумақдегеніміз –бұл энергияның деңгейлері бар және онда электронның болуы рұқсат етілген аумақ. Тыйым салынған аумақдегеніміз –бұл энергияның деңгейлері жоқ және онда электроның болуына тыйым салынған аумақ. Кристалдан  нанокристалға  ауысқанда  деңгейлер  арасындағы  ауысулар  арттады.    Мұндай    эффект квантты-өлшемдідеп    аталады. Нанобөлшектердің   өлшемдері   азайғанда   энергиялық   ауысулардың   энергиясы, сәйкесінше,   сәулелену   кванттардың   энергиясы   арттады.   Сол   себептен нанобөлшектердің коллоидты ерітінділеріндің және шығарылған сәулеленудің түстері бөлшектің өлшемдеріне тәуелді. Квантты-өлшемді эффектің нанотехнологиядағы рөлі маңызды    болады.    Мысалы,    нанокристалдардың    өлшемдерін    өзгертіп электрлюминисценцияның әртүрлі түстерін алуға болады. Валентті аумақ дегеніміз –бұл валентті электрондардан құрылған энергетикалық аумақ. Валентті аумақтан жоғары орналасқан аумақ –өткізгіштік аумағы деп аталады.