Atom fizikasi

5- LABORATORIYA ISHI


ELEKTRONNING CHIQISH ISHINI ANIQLASH

Qattiq jism holatidagi materiallarda atomlar orasidagi masofa juda kichik bo’lganli uchun ular bir-birlari bilan o’zaro kuchli ta’sirlashadilar. Natijada, atomlar tashqi-valentli elektronlarini yo’qotib, ionlarga aylanadi va bu ionlar metall kristal panjarasini hosil qiladi. Valent elektronlar esa butun kristal panjaraga tegishli bo’lib qoladi va panjara ichida erkin harakatlanadi. Atomda valent elektronlar ruxsat etilgan diskret energetik sathlarga ega bo’ladi. Kristalda esa bu energetik sathlar birlashib va o’zaro ta’sir natijasida kengayib ruxsat etilgan energetik zonalarni hosil qiladi. Energetik zonalar esa bir-birlaridan taqiqlangan zonalar bilan ajralgan bo’lishlari mumkin (yarim o’tkazgichlar va dielektriklarda). Taqiqlangan energetik zonalar sohasidagi energiyalarga elektronlar ega bo’lmaydi (kristalda nuqsonlar va aralashmalar bo’lsagina shunday holat yuz berishi mumkin). Energetik va taqiqlangan zonalar kengligi har xil moddalarda har xil bo’lib, ular qattiq jismning turli xususiyatini, masalan, elektrik va fotoelektrik xususiyatini belgilaydi.

1-rasmda kristallardagi energetik zonalarning eng sodda chizmasi ko’rsatilgan. Rasmda E kenglikdagi taqiqlangan zona, valent zona va qo’zg’atilgan energetik holatlar zonasi ko’rsatilgan.
Qo’zg’atilgan zona


Valent zona

1-rasm
Qo’zg’atilgan zona yana o’tkazuvchanlik zonasi deb ham ataladi. Valent zonadagi elektronlar tashqi elektr maydon ta’sirida tok hosil qilmaydi. Valent elektron tashqi kuch ta’sirida qo’zg’atilgan zonaga o’tib qolsa, u tashqi elektr maydon ta’sirida tok hosil qilishi mumkin.
Metall qizdirilganda panjara tugunlarida joylangan ionlarning issiqlik tebranishi kuchayadi va ular bilan to’qnashib harakat qilayotgan erkin elektronlarning ham kinetik energiyasi ortadi. Natijada erkin elektronlarning energetik taqsimoti o’zgaradi.
2-rasmda T0⁰ K da elektronlarning energiya bo’ylab taqsimlanishi uzluksiz egri chiziq bilan ko’rsatilgan. Bu taqsimot Fermi-Dirak statistikasi yordamida olingan.



2-rasm.
Punktir chiziq bilan esa T0⁰ K dagi elektronlarning energiyaviy taqsimoti ko’rsatilib, bu taqsimot quyidagi formula bilan ifodalangan:
(1)
Bu yerda dn_-energiyasi  va  d oraliqda bo’lgan birlik hajmli metalldagi erkin elektronlar soni, T-metall harorati, k-Bolьtsman doimiysi, S- doimiy.
Elektron metalldan tashqariga chiqishi uchun «elektronning metalldan chiqish ishi» deb nom olgan ish bajarilishi kerak. -taqiqlangan zonaning kengligi 3 eV dan kichik bo’lgan jismlar yarim o’tkazgich va 3 eV dan katta bo’lsa esa dielektrik hisoblanadi va ularni bunday ajratish shartlidir. O’tkazgichlarda esa valent zona elektronlar bilan butunlay to’lmagan bo’ladi yoki valent va qo’zg’atilgan zonalar qo’shilib ketgan bo’lishi mumkin.
Metall bo’ylab erkin harakat qilayotgan elektronlar undan tashqariga chiqib keta olmaydi. Metall erkin elektronlar uchun potentsial o’ra vazifasini bajaradi (2-rasm) Potentsial o’ra chuqurligi _a ga teng. T0⁰ K da elektronlar potentsial o’ra ichida energetik sathlarni Pauli printsipiga ko’ra ketma-ket to’ldiradi. Potentsial o’ra ichidagi elektronlarning T0⁰ K dagi maksimal energiyasi _f-Fermi energiyasi deb ataladi.
Metall ichidagi elektronlar har xil energiyaga ega. Lekin Fermi energiyasiga yaqin energiyaga ega bo’lgan elektronning metalldan chiqishi osonroq. SHuning uchun ham energiyasi Fermi energiyasiga teng bo’lgan elektronning metaldan chiqishi uchun zarur bo’lgan energiya elektronning chiqish ishiga teng deb olinadi. 2-rasmda elektronning chiqish ishi  bilan ko’rsatilgan va _a_f ga teng. Har xil metallar uchun  turli qiymatga ega bo’lib, umuman metallar uchun elektronning chiqish ishi bir necha eV intervalda yotadi. Metall qizdirilganda esa elektronlarning energetik taqsimoti o’zgaradi va ularning metalldan chiqishi ishi kamayib, metalldan chiqishi osonlashadi. (2-rasm)