Природа вуглецевого зв'язку - студопедія

Фулерени і вуглецеві нанотрубки

Основні електричні і оптичні властивості кристалів визначаються особливостями валентної зони і зони провідності, а також енергетичним проміжком DEg між цими зонами - забороненою зоною. Якщо заборонена зона відсутня (DEg = 0), то речовина відноситься до металів (провідникам). До металів належать і такі речовини, для яких DEg> 0, але не всі квантові стани валентної зони зайняті електронами. У непроводнікі (діелектриків і напівпровідників) DEg> 0, квантові стану валентної зони при Т = 0 повністю зайняті електронами, а зона провідності їх не містить.

Лазери на подвійних гетероструктурах

GaAs - вузькозонних напівпровідник, AlGaAs - ширококутного. При прямому зміщенні в активний шар (GaAs) инжектируются електрони з n -AlGaAs і дірки з p -AlGaAs (подвійна інжекція). Електрони і дірки не можуть покинути активний шар, так як він обмежений потенційними бар'єрами, і всі процеси рекомбінації йдуть в активному шарі. Штрихуванням показані енергетичні області, зайняті інжектовані зарядами. При рекомбінації випускається квант е / м хвилі h # 957; = DEg.

Показник заломлення у GaAs більше, ніж у AlGaAs. Тому світло йде по активному прошарку як по хвилеводу, за рахунок ефекту повного внутрішнього відображення значної частини індукованих фотонів. Хвилеводний ефект забезпечує спрямованість лазерного променя.

Якщо активний шар є квантової ямою, то інжектовані електрони і дірки розташовуються на розмірних енергетичних рівнях. Рекомбінаційні переходи дають випромінювання

Переваги лазерів на квантових ямах:

  • можливість перебудови частоти випромінювання зміною товщини активного шару d (зі зменшенням d збільшуються відстані від країв зон до перших розмірних рівнів, збільшується і частота випромінювання);
  • зниження порогового струму (струму, при якому починається лазерна генерація);
  • слабша температурна залежність порогового струму;
  • більше диференціальне посилення.

У лазерах на квантових точках пороговий струм зменшується ще значніше і стає температурно незалежним.

Кристалічна решітка натрію є кубічної з параметром a ≈ 0.43 нм. r - міжатомних відстань. При r = a стану 3s і 3p розщеплюються і утворюють енергетичні зони. Електрон може мати енергії, що відповідають цим зонам. Такі зони називаються дозволеними. Дозволена зона, в якій знаходяться валентні електрони, називається валентної. Наступна, більш високо розташована за шкалою енергій, дозволена зона зазвичай називається зоною провідності. Вище зони провідності розташовуються інші дозволені зони.

якщо 0 3еВ. Це умовний поділ.

Валентна зона для кристала натрію в повному обсязі зайнята електронами. Самий верхній енергетичний рівень (EF), який в металах (при Т = 0) зайнятий електроном, називається рівнем Фермі. Якщо привести в зіткнення два кристала з різними рівнями Фермі, то електрони будуть «перетікати» з одного кристала в інший до тих пір, поки не вирівняються рівні Фермі.

Нові аллотропние модифікації вуглецю:

Унікальна природа вуглецевого зв'язку дозволяє вуглецю утворювати цікаві і перспективні для нанотехнологій наноструктури, наприклад вуглецеві нанотрубки (УНТ).

Серед величезного числа відомих сьогодні молекул найбільшим різноманіттям відрізняються молекули сполук вуглецю - органічні. Унікальна особливість вуглецю полягає в тому, що його атоми об'єднуються в ланцюжки повторюваних ланок різної довжини. Атоми вуглецю, що утворюють органічні сполуки, можуть перебувати в трьох структурних станах:

  • тетраедричну, в якому атом вуглецю перебуває ніби в центрі тетраедра, а його зв'язки з іншими атомами спрямовані до вершин тетраедра;
  • трігональную - зв'язку атома вуглецю спрямовані від центру плоского трикутника до його вершин;
  • лінійне - все три атома - вуглецю і двох пов'язаних з ним, лежать на одній прямій

Оскільки в переважній кількості органічних сполук валентність вуглецю дорівнює чотирьом, Тригональна стану проявляються в молекулах з подвійними зв'язками вуглець-вуглець, а лінійні - в молекулах з потрійними зв'язками.

Ці структурні особливості молекул сполук вуглецю можуть бути пояс-нени, виходячи з властивостей їх електронної структури. Сьогодні геометрична конфі-гурація ядер порівняно великих органічних молекул може бути визначена з точністю експерименту рішенням рівняння Шредінгера. Але це - трудомісткий і дорогий шлях. Тому ще в 30-і рр. минулого століття, коли розрахункові квантовомеханічні методи перебували в зародковому стані, відомий хімік-теоретик Полінг запропонував напівемпіричний метод пояснення. Виходячи з експериментально встановлених варіантів розташування зв'язків атома вуглецю, він запропонував як пояснення принцип гібридизації атомних орбіталей.

Як відомо, валентні електрони атома вуглецю знаходяться на атомних 2s - і 2р -орбіталей. 2s орбіталі мають сферичну симетрію, а 2р орбіталі распо-лагаются в просторі перпендикулярно один одному. Оскільки лінійні когось бинации рішень рівняння Шредінгера є також його рішеннями, Полінг ввів поняття гібридних орбіталей - лінійних комбінацій s - і р -орбіталей атома вуглецю. Якщо при цьому накласти на ці комбінації симетрійного обмеження, то виявляється, що вони правильно описують просторове розташування зв'язків атома вуглецю. Облік симетрійного принципів показав, що в разі тетраедричних симетрії в усі чотири гібридні орбіталі входять s - і все р орбіталі вуглецю. Цей варіант називають sр 3-гібридизація. Тригональна (sр 2) і лінійні (sр) гібридні орбіталі у відповідності з симетрійного вимогами повинні будуватися з s - і двох р -, і s - і однієї р -орбіталей відповідно. Т.ч. залишаються не увійшли в гібридні - одна р орбіталь в разі sр 2-гібридизації і дві р орбіталі в разі sр-гібридизації. Їх перекриванням Полінг пояснив освіту подвійних і потрійних зв'язків вуглець-вуглець.

Схожі статті