ઘણા અભણ માને છે કે ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ એ માત્ર એક ગાણિતિક રમત છે જેમાં કોઈ વ્યવહારુ મૂલ્ય નથી. હાહા, ચાલો કમ્પ્યુટર ચિપ્સ માટે પૂર્વજ શોધીએ, કૃપા કરીને નિદર્શન પર એક નજર નાખો:
ઘણા અભણ માને છે કે ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ એ માત્ર એક ગાણિતિક રમત છે જેમાં કોઈ વ્યવહારુ મૂલ્ય નથી. હાહા, ચાલો કમ્પ્યુટર ચિપ્સ માટે પૂર્વજ શોધીએ, કૃપા કરીને નિદર્શન પર એક નજર નાખો:
કંડક્ટર, આપણે સમજી શકીએ છીએ, ઇન્સ્યુલેટર, આપણે પણ સમજી શકીએ છીએ. પ્રથમ વખત, મારા મિત્રો ભૌતિકશાસ્ત્ર દ્વારા મૂંઝવણમાં છે, અને મને ડર છે કે તે સેમિકન્ડક્ટર છે. તેથી, હું ભૌતિકશાસ્ત્રના તમામ શિક્ષકો વતી આ ઋણ ચૂકવીશ.
જ્યારે અણુઓ ઘન બને છે, ત્યારે એકસાથે મિશ્રિત ઘણા સમાન ઇલેક્ટ્રોન હોય છે, પરંતુ ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ માને છે કે બે સરખા ઇલેક્ટ્રોન એક જ ભ્રમણકક્ષામાં રહી શકતા નથી. તેથી, આ ઇલેક્ટ્રોનને એક જ ભ્રમણકક્ષામાં લડતા અટકાવવા માટે, ઘણા ભ્રમણકક્ષાઓ અનેક ભ્રમણકક્ષાઓમાં વિભાજિત થાય છે. ઘણા બધા ભ્રમણકક્ષાઓને એકસાથે દબાવવાથી, તેઓ આકસ્મિક રીતે નજીક આવે છે અને વિશાળ વિશાળ ભ્રમણકક્ષા બની જાય છે. આ પ્રકારની વિશાળ ભ્રમણકક્ષા ઘણી ઝીણી ભ્રમણકક્ષાઓને એકસાથે દબાવીને રચાય છે તેને એનર્જી બેન્ડ કહેવામાં આવે છે.
કેટલાક પહોળા ભ્રમણકક્ષાઓ ઇલેક્ટ્રોનથી ભરેલા હોય છે, જે તેમને ખસેડવામાં અસમર્થ બનાવે છે. કેટલાક વિશાળ ભ્રમણકક્ષાઓ ખૂબ જ ખાલી હોય છે, જે ઇલેક્ટ્રોનને મુક્તપણે ખસેડવા દે છે. ઇલેક્ટ્રોન ખસેડી શકે છે અને મેક્રોસ્કોપિકલી વીજળીનું સંચાલન કરતા દેખાય છે. તેનાથી વિપરીત, જો ઇલેક્ટ્રોન ખસેડી શકતા નથી, તો તેઓ વીજળીનું સંચાલન કરી શકતા નથી.
ઠીક છે, ચાલો વસ્તુઓને સરળ રાખીએ અને "પ્રાઈસ બેન્ડ, ફુલ બેન્ડ, પ્રતિબંધિત બેન્ડ અને ગાઈડ બેન્ડ" ના ખ્યાલોનો ઉલ્લેખ ન કરીએ. વર્તુળ પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરવા માટે તૈયાર કરો!
કેટલાક સંપૂર્ણ ભ્રમણકક્ષા ખાલી ભ્રમણકક્ષાની ખૂબ નજીક હોય છે, અને ઇલેક્ટ્રોન વિના પ્રયાસે સંપૂર્ણ ભ્રમણકક્ષામાંથી ખાલી ભ્રમણકક્ષામાં ખસેડી શકે છે, જે તેમને મુક્તપણે ખસેડવા દે છે. આ કંડક્ટર છે. મોનોવેલેન્ટ ધાતુઓની વાહકતાનો સિદ્ધાંત થોડો અલગ છે.
પરંતુ ઘણીવાર બે વિશાળ ભ્રમણકક્ષા વચ્ચે અંતર હોય છે, અને ઇલેક્ટ્રોન તેને એકલા પાર કરી શકતા નથી, તેથી તેઓ વીજળીનું સંચાલન કરતા નથી. પરંતુ જો ગેપની પહોળાઈ 5 ev ની અંદર હોય, તો ઈલેક્ટ્રોનમાં વધારાની ઉર્જા ઉમેરવાથી પણ ખાલી ભ્રમણકક્ષાને પાર કરી શકાય છે અને તેની આરપાર મુક્તપણે આગળ વધી શકે છે, જે વાહક છે. 5 ev કરતાં વધુ ન હોય તેવા અંતરની પહોળાઈ સાથેનો આ પ્રકારનો ઘન ક્યારેક વાહક હોય છે અને ક્યારેક નહીં, તેથી તેને સેમિકન્ડક્ટર કહેવામાં આવે છે.
જો અંતર 5 ev કરતાં વધી જાય, તો તે મૂળભૂત રીતે બંધ કરવું પડશે. સામાન્ય સંજોગોમાં, ઇલેક્ટ્રોન ક્રોસ કરી શકતા નથી, જે ઇન્સ્યુલેટર છે. અલબત્ત, જો ઉર્જા પૂરતી મોટી હોય, તો 5 ev ના ગેપને છોડી દો, 50 ev પણ હજુ પણ પસાર થઈ શકે છે, જેમ કે ઉચ્ચ-વોલ્ટેજ વીજળી હવામાં ભંગ થાય છે.
આ સમયે, ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ દ્વારા વિકસિત બેન્ડ થિયરીએ લગભગ આકાર લીધો છે. બેન્ડ થિયરી વ્યવસ્થિત રીતે કંડક્ટર, ઇન્સ્યુલેટર અને સેમિકન્ડક્ટર વચ્ચેના આવશ્યક તફાવતોને સમજાવે છે, જે સંપૂર્ણ અને ખાલી ઓર્બિટલ્સ વચ્ચેના અંતર પર અને શૈક્ષણિક રીતે, વેલેન્સ અને વહન બેન્ડ વચ્ચેના બેન્ડગેપની પહોળાઈ પર આધારિત છે.
જ્યારે અણુઓ ઘન બને છે, ત્યારે એકસાથે મિશ્રિત ઘણા સમાન ઇલેક્ટ્રોન હોય છે, પરંતુ ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ માને છે કે બે સરખા ઇલેક્ટ્રોન એક જ ભ્રમણકક્ષામાં રહી શકતા નથી. તેથી, આ ઇલેક્ટ્રોનને એક જ ભ્રમણકક્ષામાં લડતા અટકાવવા માટે, ઘણા ભ્રમણકક્ષાઓ અનેક ભ્રમણકક્ષાઓમાં વિભાજિત થાય છે. ઘણા બધા ભ્રમણકક્ષાઓને એકસાથે દબાવવાથી, તેઓ આકસ્મિક રીતે નજીક આવે છે અને વિશાળ વિશાળ ભ્રમણકક્ષા બની જાય છે. આ પ્રકારની વિશાળ ભ્રમણકક્ષા ઘણી ઝીણી ભ્રમણકક્ષાઓને એકસાથે દબાવીને રચાય છે તેને એનર્જી બેન્ડ કહેવામાં આવે છે.
કેટલાક પહોળા ભ્રમણકક્ષાઓ ઇલેક્ટ્રોનથી ભરેલા હોય છે, જે તેમને ખસેડવામાં અસમર્થ બનાવે છે. કેટલાક વિશાળ ભ્રમણકક્ષાઓ ખૂબ જ ખાલી હોય છે, જે ઇલેક્ટ્રોનને મુક્તપણે ખસેડવા દે છે. ઇલેક્ટ્રોન ખસેડી શકે છે અને મેક્રોસ્કોપિકલી વીજળીનું સંચાલન કરતા દેખાય છે. તેનાથી વિપરીત, જો ઇલેક્ટ્રોન ખસેડી શકતા નથી, તો તેઓ વીજળીનું સંચાલન કરી શકતા નથી.
ઠીક છે, ચાલો વસ્તુઓને સરળ રાખીએ અને "પ્રાઈસ બેન્ડ, ફુલ બેન્ડ, પ્રતિબંધિત બેન્ડ અને ગાઈડ બેન્ડ" ના ખ્યાલોનો ઉલ્લેખ ન કરીએ. વર્તુળ પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરવા માટે તૈયાર કરો!
કેટલાક સંપૂર્ણ ભ્રમણકક્ષા ખાલી ભ્રમણકક્ષાની ખૂબ નજીક હોય છે, અને ઇલેક્ટ્રોન વિના પ્રયાસે સંપૂર્ણ ભ્રમણકક્ષામાંથી ખાલી ભ્રમણકક્ષામાં ખસેડી શકે છે, જે તેમને મુક્તપણે ખસેડવા દે છે. આ કંડક્ટર છે. મોનોવેલેન્ટ ધાતુઓની વાહકતાનો સિદ્ધાંત થોડો અલગ છે.
પરંતુ ઘણીવાર બે વિશાળ ભ્રમણકક્ષા વચ્ચે અંતર હોય છે, અને ઇલેક્ટ્રોન તેને એકલા પાર કરી શકતા નથી, તેથી તેઓ વીજળીનું સંચાલન કરતા નથી. પરંતુ જો ગેપની પહોળાઈ 5 ev ની અંદર હોય, તો ઈલેક્ટ્રોનમાં વધારાની ઉર્જા ઉમેરવાથી પણ ખાલી ભ્રમણકક્ષાને પાર કરી શકાય છે અને તેની આરપાર મુક્તપણે આગળ વધી શકે છે, જે વાહક છે. 5 ev કરતાં વધુ ન હોય તેવા અંતરની પહોળાઈ સાથેનો આ પ્રકારનો ઘન ક્યારેક વાહક હોય છે અને ક્યારેક નહીં, તેથી તેને સેમિકન્ડક્ટર કહેવામાં આવે છે.
જો અંતર 5 ev કરતાં વધી જાય, તો તે મૂળભૂત રીતે બંધ કરવું પડશે. સામાન્ય સંજોગોમાં, ઇલેક્ટ્રોન ક્રોસ કરી શકતા નથી, જે ઇન્સ્યુલેટર છે. અલબત્ત, જો ઉર્જા પૂરતી મોટી હોય, તો 5 ev ના ગેપને છોડી દો, 50 ev પણ હજુ પણ પસાર થઈ શકે છે, જેમ કે ઉચ્ચ-વોલ્ટેજ વીજળી હવામાં ભંગ થાય છે.
આ સમયે, ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ દ્વારા વિકસિત બેન્ડ થિયરીએ લગભગ આકાર લીધો છે. બેન્ડ થિયરી વ્યવસ્થિત રીતે કંડક્ટર, ઇન્સ્યુલેટર અને સેમિકન્ડક્ટર વચ્ચેના આવશ્યક તફાવતોને સમજાવે છે, જે સંપૂર્ણ અને ખાલી ઓર્બિટલ્સ વચ્ચેના અંતર પર અને શૈક્ષણિક રીતે, વેલેન્સ અને વહન બેન્ડ વચ્ચેના બેન્ડગેપની પહોળાઈ પર આધારિત છે.
