Связанные электроны: характеристики и роль в атомах и молекулах — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Что такое связанные электроны. Какие особенности имеют связанные электроны. Как связанные электроны влияют на свойства атомов и молекул. Чем отличаются связанные электроны от свободных. Какова роль связанных электронов в химических связях.

Содержание

Что представляют собой связанные электроны

Связанные электроны — это электроны, которые прочно удерживаются вблизи атомного ядра за счет электростатического притяжения. Они находятся на определенных энергетических уровнях и орбиталях атома. Основные характеристики связанных электронов:

Локализованы в пространстве вокруг ядра атома
Обладают дискретными (квантованными) значениями энергии
Имеют определенное квантовое состояние, описываемое набором квантовых чисел
Не могут свободно покидать атом без затраты энергии
Участвуют в образовании химических связей между атомами

Энергетические характеристики связанных электронов

Энергия связанных электронов в атоме имеет отрицательные значения. Это означает, что для удаления электрона из атома необходимо затратить энергию. Чем сильнее связан электрон, тем более отрицательна его энергия. Энергетические уровни связанных электронов в атоме дискретны и описываются уравнением:

E = -13.6 эВ / n^2

Где n — главное квантовое число. Минимальную энергию (наиболее прочную связь) имеют электроны на 1s-орбитали при n=1.

Распределение связанных электронов в атоме

Связанные электроны в атоме распределены по энергетическим уровням и подуровням в соответствии с принципом минимума энергии и принципом Паули. Их распределение описывается электронной конфигурацией атома. Например, для атома углерода:

1s^2 2s^2 2p^2

Это означает, что 2 электрона находятся на 1s-подуровне, 2 на 2s и 2 на 2p. Такое распределение определяет химические свойства атома.

Отличия связанных электронов от свободных

Основные отличия связанных электронов от свободных заключаются в следующем:

Связанные электроны локализованы вблизи ядра, свободные могут перемещаться по всему объему вещества
Энергия связанных электронов квантована, свободных — непрерывна
Связанные электроны участвуют в образовании химических связей, свободные обеспечивают электропроводность
Для удаления связанного электрона требуется энергия ионизации, свободный электрон может покинуть вещество самопроизвольно

Роль связанных электронов в образовании химических связей

Связанные электроны играют ключевую роль в образовании химических связей между атомами. Основные механизмы их участия:

Обобществление электронов между атомами при образовании ковалентной связи
Переход электронов от одного атома к другому при образовании ионной связи
Донорно-акцепторное взаимодействие неподеленных электронных пар
Делокализация электронов в металлической связи

Таким образом, характер распределения связанных электронов определяет тип и прочность химических связей.

Влияние связанных электронов на свойства веществ

Особенности распределения и поведения связанных электронов во многом определяют физические и химические свойства веществ:

Оптические свойства (цвет, спектры поглощения и испускания)
Магнитные свойства
Электрическая проводимость
Химическая активность и реакционная способность
Энергия ионизации и сродство к электрону

Изучение поведения связанных электронов позволяет объяснить и прогнозировать свойства атомов, молекул и материалов.

Методы исследования связанных электронов

Для изучения состояния и поведения связанных электронов используются различные экспериментальные и теоретические методы:

Спектроскопические методы (оптическая, рентгеновская, фотоэлектронная спектроскопия)
Магнитный резонанс (ЯМР, ЭПР)
Дифракционные методы
Квантово-химические расчеты
Методы функционала плотности

Комплексное применение этих методов позволяет получить детальную информацию об электронной структуре атомов и молекул.

Применение знаний о связанных электронах

Понимание свойств и поведения связанных электронов имеет большое значение для различных областей науки и технологий:

Разработка новых материалов с заданными свойствами
Создание эффективных катализаторов
Проектирование лекарственных препаратов
Разработка элементов наноэлектроники
Совершенствование источников света
Развитие квантовых технологий

Таким образом, исследование связанных электронов открывает широкие возможности для создания инновационных материалов и технологий.

связанные электроны — это… Что такое связанные электроны?

связанные электроны: bound electrons

связанные уравнения
связанные ядра

Полезное

Смотреть что такое «связанные электроны» в других словарях:

Атом — (от греч. atomos неделимый) частица вещества микроскопических размеров и очень малой массы (микрочастица), наименьшая часть химического элемента, являющаяся носителем его свойств. Каждому элементу соответствует определённый род А.,… … Большая советская энциклопедия
Атом — У этого термина существуют и другие значения, см. Атом (значения). Атом гелия Атом (от др. греч … Википедия
Άτομο — Атом гелия Атом (др. греч. ἄτομος неделимый) наименьшая часть химического элемента, являющаяся носителем его свойств. Атом состоит из атомного ядра и окружающего его электронного облака. Ядро атома состоит из положительно заряженных протонов и… … Википедия
Корпускул — Атом гелия Атом (др. греч. ἄτομος неделимый) наименьшая часть химического элемента, являющаяся носителем его свойств. Атом состоит из атомного ядра и окружающего его электронного облака. Ядро атома состоит из положительно заряженных протонов и… … Википедия
Корпускулы — Атом гелия Атом (др. греч. ἄτομος неделимый) наименьшая часть химического элемента, являющаяся носителем его свойств. Атом состоит из атомного ядра и окружающего его электронного облака. Ядро атома состоит из положительно заряженных протонов и… … Википедия
Электропроводящие полимеры — Электропроводящие полимеры органические полимеры, которые проводят электрический ток.[1] Такие полимеры могут быть как полупроводниками, так и хорошими проводниками (как металлы). Общепризнанно, что металлы хорошо проводят электричество, а… … Википедия
СПЕКТРОСКОПИЯ — раздел физики, посвященный изучению спектров электромагнитного излучения. Здесь мы рассмотрим оптическую спектроскопию часто называют просто спектроскопией. Свет это электромагнитное излучение с длиной волны l от 10 3 до 10 8 м. Этот диапазон… … Энциклопедия Кольера
Полупроводники — широкий класс веществ, характеризующихся значениями электропроводности σ, промежуточными между электропроводностью металлов (См. Металлы) (σ Полупроводники 106 104 ом 1 см 1) и хороших диэлектриков (См. Диэлектрики) (σ ≤ 10 10 10 12 ом… … Большая советская энциклопедия
АТОМА СТРОЕНИЕ — раздел физики, изучающий внутреннее устройство атомов. Атомы, первоначально считавшиеся неделимыми, представляют собой сложные системы. Они имеют массивное ядро, состоящее из протонов и нейтронов, вокруг которого в пустом пространстве движутся… … Энциклопедия Кольера
ЗОННАЯ ТЕОРИЯ — твёрдых тел, квантовая теория энергетич. спектра эл нов в кристалле, согласно к рой этот спектр состоит из чередующихся зон (полос) разрешённых и запрещённых энергий. З. т. объясняет ряд св в и явлений в кристалле, в частности разл. хар р… … Физическая энциклопедия
ФИЗИКА ТВЕРДОГО ТЕЛА — раздел физики, изучающий структуру и свойства твердых тел. Научные данные о микроструктуре твердых веществ и о физических и химических свойствах составляющих их атомов необходимы для разработки новых материалов и технических устройств. Физика… … Энциклопедия Кольера

Сильно связанные электроны — Справочник химика 21

Согласно большинству физических и химических методов, четыре связи в молекуле метана эквивалентны (например, ни ЯМР-, ни ИК-спектр метана не содержит пиков, которые можно было бы отнести к разного вида связям С—Н), однако имеется такой физический метод, который позволяет дифференцировать восемь валентных электронов в молекуле метана. Это метод фотоэлектронной спектроскопии [10]. Суть его состоит в том, что молекулу или свободный атом облучают в вакууме ультрафиолетовым светом, вызывая выброс электрона, энергию которого измеряют. Разность между этой энергией и энергией использованного излучения есть потенциал ионизации вырванного из молекулы электрона. Молекула, содержащая несколько электронов различной энергии, может терять любой электрон, энергия которого ниже, чем энергия использованного излучения (каждая молекула теряет только один электрон, потеря двух электронов одной молекулой практически никогда не имеет места). Фотоэлектронный спектр состоит из серий полос, каждая из которых соответствует орбитали определенной энергии. Таким образом, спектр дает прямую экспериментальную картину всех орбиталей в зависимости от их энергии, при условии что энергия используемого излучения достаточно высока [11]. Широкие полосы в спектре обычно соответствуют сильно связанным электронам, а узкие полосы — слабо связанным или несвязанным электронам. Типичным примером является спектр молекулярного азота, показанный на рис. 1.8 [12]. Электронная структура молекулы N2 показана на рис. 1.9. Две -орбитали атомов азота комбинируются, давая две орбитали — связываю-

[c.24]

Если к кристаллу приложена разность потенциалов, то кинетическая и потенциальная энергия электрона изменяется, причем в зависимости от того, где находится электрон — в зоне проводимости или в валентной зоне, — закон изменения энергии будет различным. Это можно представить, если учесть, что чем сильнее связан электрон с атомом, тем большую силу надо приложить к нему, чтобы заставить его перемещаться по кристаллу. [c.124]

Некоторые выводы мы можем сделать на основании одного простого примера. Рассмотрим металл литий с кристаллической структурой о. ц. к. и кратчайшим возможным расстоянием между ядрами, равным 3,03 А. В атоме лития имеются только три электрона, основное состояние которых (ls) (2s) радиус иона Ы+(15)2 (табл. 28 на стр. 337) равен всего лишь 0,60 А. На внутренние сильно связанные электроны другие атомы лития почти не будут оказывать влияния, поэтому мы приходим к выводу, что один и только один валентный электрон каждого атома сообщает кристаллу металлические свойства. Все связи атома с его ближайшими четырнадцатью соседями обязаны своим существованием этому единственному (на каждый атом) электрону, связывающая сила которого, таким образом, размазана . Это следует также из сравнения длины связи, (2,67 А) в двухатомной молекуле Ыг с кратчайшим возможным расстоянием (3,03 А) между атомами в металле. Увеличенная длина связи в металле означает, что последняя ослаблена в то же время число связей в металле больше, вследствие чего полная энергия связи на один атом возрастает от 13 ккал/моль в молекуле до 39 ккал/моль в металле. Валентные электроны, или электроны проводимости, таким образом, связаны в металле сильнее, чем в молекуле, но их связывающая сила распределена между большим числом объектов.

[c.342]

При поглощении на основе фотоэффекта вся энергия у-кван-та передается сильно связанному электрону (в основном электрону на Д -оболочке) атома кристалла и возникающему при этом фотону рентгеновского характеристического излучения. Возникшие фотоэлектрон и характеристический рентгеновский квант полностью поглощаются в кристалле. Следовательно, при фотоэффекте почти вся энергия падающего у-кванта поглощается в кристалле и на выходе счетно-анализируемой электронной схемы возникают электрические импульсы почти равной амплитуды, которые создают пик иа аппаратурной линии. Такие же [c.71]

Явление автоионизации родственно оже-эффекту, а в [20] они рассматриваются вообще как идентичные. Однако в оже-эффекте внутренний электрон удаляется полностью, в то время как при автоионизации он только переходит на уровень с более высокой энергией. Таким образом, оже-эффект возникает всегда, когда энергия падающего излучения выше энергии связи внутреннего электрона, а автоионизация может иметь место только, если квант hv бомбардирующего фотона равен разности энергий основного и некоторого возбужденного состояния нейтральной молекулы, при этом ( бывший ) внутренний электрон занимает одну из внешних оболочек. Прайс [21] описывает автоионизацию как процесс, в котором возбужденный внутренний электрон отдает энергию менее сильно связанному электрону, выбивая его, таким образом, как бы способом внутренней бомбардировки . Это определение указывает на отличие [c.61]

В ряде случаев необходимо иметь возможность менять источник излучения. Так, для получения спектра сильно связанных электронов требуются источники с высокой энергией излучения, в то время как для получения детальной тонкой структуры желательно, чтобы энергия возбуждения была близка к изучаемой (когда hv I, Ешн мало и разрешение лучше). Относительная интенсивность линий может меняться вследствие того, что величины ионизации зависят от энергии падающих фотонов. Законы изменения сечений ионизации очень хорошо изучены для внутренних (см. гл. 6) и очень плохо — для валентных электронов, где. расчет усложняется различными факторами, такими, наприм , как перекачка интенсивности (т. е. интенсивность как бы перетекает из одной полосы в другую). [c.63]

Когерентное рассеяние возникает в тех случаях, когда фотон сталкивается с внутренним сильно связанным электроном атома и энергия фотона недостаточна для выбрасывания этого электрона из атома. При этом энергия фотона в результате рассеяния не изменяется. Массовый коэффициент когерентного рассеяния сильно зависит от энергии излучения и атомного номера рассеивающего элемента. Когерентное рассеяние играет заметную роль лишь при энергиях рентгеновского излучения меньше [c.16]

Другими словами, ст-электроны считаются электронами остова, которые можно не рассматривать. Двухэлектронные взаимодействия включаются надлежащим образом, а члены остова представляют взаимодействие отдельных л-электронов с сильно связанными электронами о-остова. [c.113]

Модель сильно связанных электронов [c.234]

Другое приближение (приближение сильно связанных электронов) использует разложение энергии в ряд Фурье, а модальность метода связана с использованием не всего ряда, а лишь нескольких слагаемых, удовлетворяющих всем элементам симметрии кристалла. Возможные типы поверхностей Ферми ряда металлов (Ад, Аи и др.) рассмотрены так в работе [4] (а также [5]). Найденные поверхности Ферми удается согласовать с экспериментальными результатами (см., например, [6]), и они в ряде случаев весьма похожи на поверхности, получающиеся из модели слабо связанных электронов. Близость результатов, полученных различными методами, объясняется, разумеется, тем, что оба метода правильно учитывают все элементы симметрии кристаллов. [c.114]

До сих пор считалось, что квант рентгеновских лучей отдает ббльшую часть своей энергии наиболее сильно связанному электрону, причем избыток энергии переходит в кинетическую энергию электрона. Но это не исчерпывает всех возможностей. Можно предположить, что большая часть энергии кванта используется на вырывание электронов, начиная [c.84]

В виде иллюстрации на рис. 1 показана качественная картина изменения ширины зон от расстояния между атомами (модель сильно связанных электронов). В резу.чьтате взаимодействия электронов со всеми (Л ) ионными остатками квазирешетки N — кратно вырожденные энергетические уровни атомов) расщепляются на N подуровней, образующих зоны, в пределах которых энергия электрона может принимать различных значений. Такому расщеплению подвергается каждый энергетический уровень изолированного атома, и чем больше главное квантовое число уровня, тем меньше значение плотности плазмы, при котором наступает уширение. [c.287]

Электроны связанные, состояние — Справочник химика 21

Фтор, хлор, бром, йод — элементы с ярко выраженным неметаллическим характером. Вследствие очень высокой химической активности галогены в природе существуют только в связанном состоянии. Большая реакционная способность обусловлена стремлением атомов галогенов приобрести устойчивую оболочку инертного газа (ns np ). Вместе с тем все галогены (кроме фтора) можно перевести в состояние положительной степени окисления 1, 3, 5, 7. Отсутствие положительных степеней окисления у фтора связано с тем, что химической реакцией невозможно скомпенсировать затраты, необходимые для отрыва электрона от молекулы F2 на отрыв одного электрона от нее требуется энергия, равная 1735 кДж/моль. Она значительно превышает энергию, которая может быть получена в реакциях со фтором. [c.415]
Поглощение излучения в чистых полупроводниках может быть связано с изменением энергетического состояния свободных или связанных электронов. В связи с этим в чистых полупроводниках различают три основных типа поглощения 1) поглощение свободными носителями — поглощение, возникающее вследствие ускорения свободных носителей осциллирующим электромагнитным полем 2) собственное (фундаментальное) поглощение — поглощение, обусловленное возбуждением электронов из валентной зоны в зону проводимости (фундаментальное или собственное поглощение) 3) экситонное поглощение (поглощение, обусловленное возбуждением электронов из валентной зоны) в связанные состояния электрона с дыркой — экситоны. [c.415]

Электронное облако. В качестве модели состояния электрона в атоме принято представление об электронном облаке, которое можно интерпретировать следующим образом. Допустим, что в какой-то момент времени удалось сфотографировать положение электрона в пространстве вокруг ядра. На фотографии это отразится в виде точки. Если повторить такое определение через малые промежутки времени много раз, то фотографии отразят электрон все в новых положениях. При наложении этих фотографий образуется картина, напоминающая облако (рис. 5). Облако окажется наиболее плотным там, где наиболее вероятно нахождение электрона. Облако окажется тем меньше по размеру и плотнее по распределению заряда, чем прочнее электрон связан с ядром. [c.19]

Сущность явления рекомбинации заключается в том, что пролетающий электрон захватывается ионом и переходит в связанное состояние. При акте рекомбинации излучается энергия, равная сумме кинетической энергии электрона и энергии его связи с ионом. Спектр излучения при этом носит сплошной характер. Данный вид излучения плазмы при температурах до 6000 К также не имеет практического значения. [c.233]

Рассмотрим квантовую систему, состоящую из частиц двух видов — легких и тяжелых. Пусть между легкими и тяжелыми частицами действуют силы притяжения, так что вся система находится в связанном состоянии и как целое перемещается в пространстве, совершая поступательное и вращательное движения. Примером такой системы является молекула. В молекуле при не очень больших степенях возбуждения более легкие частицы — электроны — будут двигаться с большими скоростями, чем тяжелые частицы — ядра. Поэтому качественно картину движения можно представить таким образом ядра совершают медленные движения, увлекая при этом за собой электроны, которые в свою очередь, совершая быстрые движения, следуют за ядрами, адиабатически подстраиваясь к каждому новому расположению ядер. [c.47]

Благодаря совпадению при определенных значениях энергий фаз двух волн, проникших сквозь барьеры, возникают связанные состояния (рис. 27). В одномерных молекулах возможна только прыжковая проводимость. Обмениваясь энергией с фононами, электрон перескакивает между состояниями с перекрывающимися орбиталями. Так, с квантовомеханической точки зрения выглядит высокочастотное переключение межатомных связей. [c.97]

Помимо целей химического анализа, применение метода сыграло большую роль в исследовании самых различных свойств вещества. Так, благодаря рентгеновской спектроскопии получены сведения о поведении и свойствах электронов в твердых телах. Именно анализ рентгеновских спектров, обусловленных электронными переходами с глубинных дискретных уровнен атомов на более удаленные орбиты, является наиболее прямым способом для изучения распределения энергетических уровней в валентной и проводящих зонах, дает возможность найти распределение между занятыми и свободными электронными уровнями в твердых телах. При изменении физического или химического состояний вещества наблюдаются небольшие смещения линий в спектрах отдельных элементов, которые позволяют судить о характере и изменении роли электронных орбиталей этих элементов при переходе в химически связанное состояние. Следует отметить, что возможности этого метода для исследования физико-химических свойств твердых тел далеко не исчерпаны и в настоящее время работа в этом направлении продолжается. [c.126]

Если принять за нуль энергию покоящихся разъединенных электрона и ядра, то при > О в снстеме не образуются связанные состояния (атом), т. е. электрон и ядро могут находиться на любом расстоянии друг от друга при этом энергия системы может принимать любые положительные значения (или, как говорят, имеет непрерывный энергетический спектр). [c.30]

Можно было ожидать, что из-за насыщенности спинов валентность бериллия равна нулю. Однако электронные состояния, отвечающие в атоме бериллия главному квантовому числу п=2, не заполнены. Энергия возбуждения электрона из состояния 25 в состояние 2р не столь велика и может быть заимствована из энергии, освобождающейся при образовании химической связи Так возникает возбужденный атом бериллия Ве, т.е Ве (15)2(2з) (2р). Отсюда видно, что Ве имеет ва лентность, равную двум. Такой тип валентности, связан ный с переходом электрона на высшие уровни, называет [c.314]

ЭЛЕКТРОХИМИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВ, изучает строение границы раздела полупроводник электролит и ( жз.-хнм. процессы на этой границе. Особенности этих процессов обусловлены наличием двух видов подвижных носителей заряда — электронов зоны проводимости и положительно заряж. дырок валентной зоны. Электроны и дырки участвуют в электродных процессах независимо друг от друга. Объемная конц. носителей заряда в полупроводниках мала по сравнению с металлами (менее 10 см ), поэтому полупроводниковая обкладка двойного электрич. слоя диффузна, значит, часть межфазного скачка потенциала локализована в полупроводнике. Токи обмена в электродных процессах малы, электродные р-ции обычно необратимы в р-циях возможно участие связанных состояний электронов н дырок (экситонов). Для электрохим. кинетики существенны диффуз. ограничения, связанные с доставкой электронов или дырок к границе раздела электрод электро-лит. Для полупроводниковых электродов характерна высокая фоточувствительность, причем поглощенный свет ускоряет преим. анодную р-цию на электронном полупроводнике и катодную — на дырочном. Генерация неравновесных электронов и дырок, возможная при электрохим. р-циях, может привести к хемилюминесценции. [c.706]

При отрицательных значениях полной энергии ( связанные состояния, т. е. электрон локализован в ограниченной области пространства вблизи ядра. В этом наиболее интересном для химии случае решение уравнения Шредингера приводит к дискретному набору волновых функций и дискретному набору значений энергии, которые определяются уравнением [c.35]

Таким образом, общие и специфические свойства определяются схожестью электронного строения атомов ( в свободном или связанном состоянии), проявляемой в близости радиусов, величин электроотрицательности атомов, в изоморфизме соединений, равенстве и однотипности валентных возможностей атомов и т. д. Индивидуальные свойства — это свойства, присущие только данному атому это результат проявления всех особенностей его электронной структуры, его заряда ядра и всех вытекающих особенностей (энергии, геометрии атомных орбиталей). Электронная структура атома в свободном состоянии индивидуальна, неповторима. Атом занимает определенное место в непрерывном ряду элементов и обладает физической индивидуальностью спектром, атомной массой, набором изотопов и т. д. и т. п. [c.48]

Атом в связанном состоянии уже частично теряет в своей химической индивидуальности так, при образовании химических связей с другими атомами он теряет часть своих валентных электронов (они, например, переходят на молекулярные орбитали в ковалентных молекулах, отходят к другим атомам в ионных кристаллах или обобщаются в металлических сплавах). [c.48]

Электронное строение характеризует распределение электронной плотности атомов в свободном и связанном состоянии. [c.177]

Подавляющее большинство электронов в полупроводниках и диэлектриках находится в связанном состоянии, т. е. не обладает способностью передвигаться в электрическом поле. Поэтому концентрация носителей заряда в этих веществах во много раз ниже, чем концентрация атомов твердого тела и при комнатной температуре составляет от 10 до 10 частиц в 1 сл . [c.11]

В этом разделе мы рассмотрим причины реакционной способности электронно-возбужденных состояний, связанные с особенностями распределения электронов в возбужденных частицах. Как мы уже видели в разд. 5.2, столкновительная передача энергии может быть эффективной только в адиабатических процессах, протекающих по непрерывной потенциальной поверхности, которая связывает реагенты с продуктами. Говорят, что в этом случае реагенты и продукты коррелируют. Наиболее важны правила корреляции электронного спина. Так как квантовое число S является достаточным для описания систем, то общий электронный спин сохраняется. Такое утверждение не согласуется с представлениями о том, что триплетное состояние сенсибилизатора, подобного бензофенону, возбуждает триплет акцептора, хотя энергетика системы также может определять преимущественное образование триплета по сравнению с синглетом (см. разд. 5.6). Аналогичные доводы применимы к сохранению спина в таких реакциях, как присоединение, отщепление или обмен, в которых происходят химические изменения. По этому правилу нельзя сказать, будет ли протекать реакция, а только можно сказать, пе запрещена ли она законами квантовой механики. Адиабатической реакции могут препятствовать другие факторы, такие, как высокая энергия активации или чрезмерные геометрические искажения. При дальнейшем изложении материала в этом разделе всегда будут иметься в виду правила, разрешающие реакцию, но не определяющие ее вероятность [c.155]

Н. Н. Боголюбовым. Находящиеся вблизи поверхности Ферми электроны в металлах могут образовывать попарно связанные состояния. Эти пары при низких температурах претерпевают конденсацию в пространстве импульсов, что ведет к возникновению сверхтекучести. Но сверхтекучесть таких систем проявляется как сверхпроводимость, так как частицы системы имеют электрический заряд. Очень интересен вопрос, являются ли сверхтекучесть гелия и и сверхпроводимость электронной плазмы в металлах единственными квантово-когерентными состояниями жидкостей. (Электронная плазма в металлах напоминает жидкость.) Вполне вероятно, что сверхтекучесть и сверхпроводимость во вселенной распространены более широко. Они могут встречаться в больших сгустках ядерной материи, которые, в сущности, тоже представляют собой жидкие системы. Например, в нейтронных звездах. Этим проблемам посвящены статьи [c.248]

Таким образом, в молекуле N2 заканчивается заселение связевых орбиталей внешнего молекулярного слоя, что напоминает ситуацию, складывающуюся для атома неона. Это не может не отразиться на повышенной величине энергии связи электронов в N2. Недаром молекулярный азот, так же как и аргон и неон, скопился в земной атмосфере в свободном виде и долго не поддавался промышленному использованию искусственное расщепление молекул атмос рного азота на атомы и фиксация их в связанное состояние ( в виде молекул аммиака или окиси азота), осуществляемое химической промышленностью, удалось лишь в начале текущего столетия. [c.265]

Пространственная разделенность электронных состояний заключается в том, что электронные облака различных оболочек локализованы в разных областях пространства и сравнительно мало перекрываются. Пространственное разделение обусловлено двумя причинами. 1) принципом Паули, согласно которому на одной пространственной орбитали может находиться не более двух электронов с противоположными спинами, а следовательно, при последовательном заселении уровней электроны должны располагаться на все новых орбиталях 2) конкретным видом самосогласованного потенциала, который определяет вид пространственной орбитали. Действительно, сравним трт сферически симметричных потенциала — потенциал сферически симметричной прямоугольной потенщ1альной ямы с бесконечными стенками, кулоновский потенциал и хартри-фоковский потенциал какого-нибудь атома, например атома натрия. 1 адраты радиальных волновых функций, соответствующих нескольким первым связанным -состояниям в этих потенциалах, изображены на рис. 19, а, б, в. Видно, что в случае постоянного потенциала, который имеет место внутри прямоугольной потенциальной ямы, нельзя вьщелить такую область пространства, в которой было бы локализовано только одно состояние — в любой области пространства примерно одинаковую плотность будут иметь много разных состояний. В случае куло- [c.277]

По зонной теории (см. ниже) экситон — связанное состояние двух квазичастиц — электрона и дырки. Экситон не может быть квалифицирован как локализованная квазичастица или как коллективное возбуждение. [c.77]

Наиболее простым дефектом является примесный атом пятой или третьей группы таблицы Менделеева, Рассмотрим, например, атом мышьяка в германии. Мышьяк имеет пять валентных электронов. Для реализации ковалентной связи с ближайшими соседними атомами кремния требуется четыре электрона пятый электрон связан положительным зарядом иона. В этом связанном состоянии электрон обладает более низкой энергией, чем электрон, находящийся в зоне проводимости. При высокой температуре под влиянием тепловых колебаний связанный электрон может отрываться от иона мышьяка и перемещаться как свободный электрон иными словами, электрон может перейти в зону проводимости. Такого рода примеси или дефекты кристаллической решетки называют донорами. В основном состоянии они нейтральны, а при возбуждении дают положительно заряженный ион и один свободный электрон. [c.239]

При прямом переходе волновые векторы рождающихся электрона и дырки кц и кр) должны быть равны по величине и противоположно направлены. Но если электрон и дырка находятся в связанном состоянии, они должны двигаться вместе в одном направлении, а не в противоположных. Два эти условия могут быть соблюдены, если кп = кр = 0. Поэтому энергия образовавшегося экситона строго дискретна, и мы получаем линейчатый спектр экситонного поглощения. При этом имеется конечная вероятность [c.422]

Если разнипа энергий двух электронов имеет порядок то эти электроны могут испытывать эффективное притяжение и образовывать связанное состояние пары электронов. Купер, рассмотрев задачу о двух электронах с энергиями выще энергии Ферми, показал, что, каким бы слабым ни было эффективное притяжение между электронами, связанное состояние пары существует, и энергия связанной пары меньще энергии Ферми [c.307]

Причиной больших вариаций в энергиях разрыва связей в молекулах И. И. Семенов считает свойства свободных радика- лов, особенно распределение электронной плотности радикалов в свободном и связанном состояниях. При переходе от связанного радикала к свободному происходит перераспределение электронных плотностей и изменение энергии сопряжения свободных электронов. Перетягизание свободных электронов внутрь частиц, где они используются на усиление внутренних связей, приводит к наибольшим энергетическим эффектам и к появлению наименее активных радикалов [212]. [c.40]

Отпет. Лтомы объединяются в молекулы данного состава, если при этом достигается энергетически более вьподное состояние, чем системы с изолированными атомами. Молекула имеет определенное строение, так как именно такое пространственное расположение атомов отвечает наименьшей энергии системы химически связанных атомов. Выделение энергии при образовании из атомов молекул определяется тем, что электростатическое взаимодействие ядер и электронов, связанных н молекулы, оказывается сильнее, чем в системе изолированных атомов. [c.62]

Получение газообразной среды, в которой отсутствуют атомы и которая состоит из ионов и электронов — плазмы, не означает конец ионизации, поскольку часть электронов еще находится в связанном состоянии в ионах. Электропроводность определяется в основном легкими частицами — электронами, поэтому по мере ионизации увеличивается электропроводность плазмы и тем самым уменьшается способность ее генерировать тепло. Практически термин плазма применяется для газообразного состояния с того момента, когда газ начинает обладать ощутимой электропроводностью, т. е. теряет свои диэлектрические свойства. М. Тринг предложил считать этой границей степень ионизации, равную 0,01. [c.229]

Энергия ионизации приблизительно равна по значению и об-ратна по знаку той энергии, кото юй обладает наиболее слаСю связанный электрон атома (или иона), находящегося в основном состоянии. Поэтому для выяснения закономерностей, характерных для энергии ионизации, необходимо рассмотреть факторы, определяющие энергию электронов в атомах. Если бы в атоме кроме рассматриваемого электрона других электронов не было, то энергия данного электрона в соответствии с уравнением (1.33) зависела бы только от заряда ядра 2 и главного квантового числа я. Чем больше 2 и меньше п, тем ниже лежит энергетический уровень в одноэлектронной системе и тем более прочно электрон связан с ядром. Наличие других электронов в атоме, кроме рассматриваемого, вносит значительные изменения в эту простую зависимость. Особенности влияния электронов можно объяснить, используя два понятия экранированы заряда ядра и эффект проникновения электронов к ядру. [c.45]

Число электронов наружной оболочки и энергия связи их с ядром определяют химические свойства атомов. Так, три электрона лития неравноценны. Один из этих электронов связан с ядром атома слабее двух других, так как расположен дальше от ядра, чем первые два электрона. Этот электрон участвует в образовании химической связи поэтому называется валентным. Числом электронов наружной оболочки определяются валентные состояния, характерные для данного элемента, типы его соединений — гидридов, окислов, гидратов солей и т. д. Это можно проследить на любой группе элементов периодической системы. Известно, что в наружных оболочках атома азота, фосфора, мышьяка, сурьмы, висмута находится по пять электронов. Этим определяются их одинаковые, валентные состояния (—3, +3, +5), однотипность гидридов ЭНз,, окислов Э2О3 и ЭаОз и т. д. и, ггаконец, то, что все указанные эле-, менты находятся в одной группе периодической системы. [c.18]

Горизонтальными аналогами выступают чаще всего атомы в связанном состоянии, но особенно такие примеры многочисленны у 4/-элементов, где близость свойств определяется одинаковой степенью окисления (например, +3), близостью радиусов атомов и ионов, а также у ( -элементов, особенно в степени окисления, равной +2, когда используются только электроны п5-уровня и не затрагиваются (п—1) (-электроны. Такие соединения многих элементов одной ( -серии оказываются изоморфными . Например, V, Сг, Мп, Ре, Со, N1 образуют изоморфные сульфаты состава МеЗОа-УНзО, а также изоморфные двойные сульфаты Ме»К2(5О4)2-6Н20, а в степени окисления +3 они образуют изоморфную группу квасцов МеК(ЗО з-12 НаО. [c.47]

Таким образом, общие и специфические свойства определяются схолэлектронного строения атомов (в свободном или связанном состоянии), проявляющейся в близости радиусов, величщ электроотрицательности атомов, в изоморфизме соединении, равенстве и однотипности валентных возможностей атомов и т. д. Индивиду- [c.67]

Для обоснования некоторой предпочтительности скошенной конформации была предложена следующая модель [12]. Внутримолекулярные силы, действующие между непосредственно не связанными атомами или группами, можно уподобить взаимодействию соответствующих атомов, не связанных в одной молекуле. Так, например, взаимодействие между двумя атомами фтора в 1,2-дифторэтане сравнивается в рассматриваемой модели с ван-дер-ваальсовым взаимодействием двух атомов неона — благородного газа, соседа фтора по Пе-)иодической системе элементов. Почему именно с неоном 1отому, что он близок к фтору по объему, а в связанном состоянии фтор имеет электронную оболочку неона. Взаимодействие между двумя атомами хлора приравнивается соответственно к взаимодействию двух атомов аргона, между двумя атомами брома — к взаимодействию двух атомов криптона, между двумя атомами иода — к взаимодействию двух атомов ксенона. На основе этой модели был проведен расчет энергий ряда галогенпроизводных дополнительно учитывалось и электростатическое взаимодействие. Результаты расчета оказались близкими к тем данным, которые получены из эксперимента. [c.238]

Нагревание расплава сопровождается перестройкой ближнего порядка в сторону более плотной структуры и металлизацией связей. Температурный интервал, в котором происходят эти изменения, зависит от прочности сил, обусловливающих рыхлую упаковку атомов в твердом состоянии. Он наибольший у алмаза, кремния и германия. Атомы этих элементов имеют внешнюю электронную конфигурацию П5 р . Их электроотрицательность настолько значительна, что при формировании кристаллических структур тенденция к образованию ковалентных связей путем спаривания электронов в состоянии гибридизации преобладает над стремлением к отделению электронов. Алмаз, кремний и германий образуют тетраэдрическую решетку, в которой каждый атом ковалентно связан с четырьмя ближайшрши соседями. [c.182]

Вырожденные критические точки энергетической гиперповерхности играют важную роль в анализе эффектов вклада колебательной энергии в полную энергию молекулы. Недавно отмечалось [171—173], что существование молекулы 1HI в значительной степени определяется колебательной стабилизацией и дестабилизацией в различных доменах соответствующего пространства ядерных конфигураций. Хотя на борн-оппенгеймеровской поверхности потенциальной энергии основного электронного состояния Ih2 не существует истинного невырожденного минимума (только вырожденные минимумы при бесконечно разделенных ядрах), тем не менее уменьшение энергии нулевых колебаний в окрестности седловой точки гиперповерхности приводит к связанному состоянию в этой окрестности. При учете компонент колебательной энергии аналогичные химические структуры, не отвечающие истинным минимумам ППЭ, стабильные молекулы или структуры переходных состояний могут возникать в доменах, где качественные характеристики гиперповерхностей потенциальной энергии не указывают на их наличие. Существование таких структур может быть исследовано при использовании топологических методов [174]. Предполагая, что в топологической модели вклад колебательной энергии в полную энергию может быть включен непрерывно, все фундаментальные изменения структуры бассейновой области ядерного конфигурационного пространства могут быть выявлены путем контроля наличия вырожденных критических точек J174]. Гиперповерхность по- [c.109]

«Заблудившиеся электроны» помогут в создании квантовых компьютеров

Ученые из Физико-технологического института РАН и МФТИ запустили в систему из квантовых точек два электрона и получили элемент квантового компьютера высокой размерности (более высокой, чем кубит), сообщается в пресс-релизе Московского физико-технического института. В работе, опубликованной в журнале Scientific Reports, впервые показано, как использовать квантовые блуждания более чем одного электрона для реализации квантовых вычислений.

Об универсальном квантовом компьютере мечтают уже давно, но до сих пор не получается связать достаточно большое число кубитов. Работа российских ученых приблизила тот день, когда вычисления на квантовом компьютере станут обычным делом. Хоть и существуют такие алгоритмы, которые принципиально невозможно ускорить с помощью квантовых вычислений, в определенных задачах создание многокубитной (или кудитной) машины позволит сэкономить несколько тысяч лет. «На примере двух электронов мы разрешили проблемы, которые возникают при рассмотрении одинаковых взаимодействующих частиц, и вот, проторена дорога к тому, чтобы создавать компактные высокоразрядные квантовые структуры», – пояснил Леонид Федичкин, эксперт РАН, заместитель директора по научной работе НИКС, доцент кафедры теоретической физики МФТИ.

Чтобы квантовый компьютер имел реальное применение, он должен состоять из нескольких сотен, а то и тысяч кубитов. Но непреодолимым препятствием на пути к квантовым вычислениям оказывается неустойчивая связь между кубитами. Квантовые структуры сверхчувствительны к внешним помехам. Систему из нескольких кубитов приходится держать под жидким азотом или гелием, чтобы они не потеряли информацию. Зато для реализации отдельного кубита предложена масса технологий. Ранее научная группа Федичкина показала, что в качестве кубита можно использовать частицу, заблудившуюся в двух «соснах». Роль «сосен» играют связанные квантовые точки – очень маленькие полупроводники, которые с энергетической точки зрения являются ямами для электрона. Тогда нахождение электрона в левой или в правой яме задает базовые состояния кубита. Электрон размазывается по ямам и занимает определенное положение, только если его «спросить», то есть измерить его координаты. Иными словами, он находится в состоянии суперпозиции.

Про связанные кубиты нельзя сказать, что один находится в одном состоянии, а другой – в другом, можно рассматривать только состояние всей системы. Например, система из трех кубитов имеет восемь базовых состояний и находится в их суперпозиции. Если подействовать на такую систему, изменятся все восемь коэффициентов, а если на систему из обычных битов, то изменится каждый бит в отдельности. То есть память n битов состоит из n переменных, а n кубитов – из 2ⁿ переменных. Кудиты дают еще более колоссальное преимущество, например, в память n кудитов с разрядом 4, которые называются куквадритами, можно записать 4ⁿ, то есть 2ⁿ×2ⁿ переменных. Так, память десяти куквадритов больше, чем память десяти битов, примерно в 100 000 раз.

Алексей Мельников и Леонид Федичкин предложили запустить в кольцо из квантовых точек два электрона, чтобы создать между ними квантовую сцепленность и получить сразу два связанных кудита. Квантовая сцепленность, или запутанность, достигается за счет того, что одинаково заряженные частицы отталкиваются друг от друга. Можно получить и больше связанных кудитов в том же объеме полупроводника, если запускать в него еще больше электронов и создавать из квантовых точек более извилистые пути. Преимуществом такого способа является то, что квантовые блуждания частиц – это естественный процесс. Однако соседство одинаковых электронов в одной структуре создает дополнительные сложности, которые до этого преодолены не были.

Сцепленность частиц представляет собой важное явление для эффективной квантовой обработки информации. Но ситуация с одинаковыми частицами затрудняется тем, что между невзаимодействующими электронами может возникать так называемая ложная сцепленность. Ученые провели математические расчеты для двух случаев: когда взаимодействие есть и когда его нет – и отделили истинную сцепленность от ложной. Они рассмотрели, как меняется во времени вероятностная картина для разного числа точек: 6, 8, 10 и 12, то есть для двух связанных кудитов с тремя, четырьмя, пятью и шестью разрядами каждый. Оказалось, что предложенная структура обладает относительной устойчивостью, а небольшой шум даже способствует созданию высокоразрядных компактных элементов.

Свободные электроны | Центр физики частиц и высоких энергий НИИ ЯП БГУ

В металле, как и во всех твёрдых телах, каждый атом занимает определённое место. Правда, при некоторых условиях атомы твёрдых тел могут покидать свои места, но во всяком случае они долгое время остаются «привязанными» к определённому месту. В зависимости от температуры каждый атом более или менее сильно колеблется около этого места, не удаляясь от него сколько-нибудь далеко. В отличие от других твёрдых тел металлы обладают одной интересной особенностью: в пространстве между атомами металлов движутся свободные электроны, то-есть электроны, не связанные с определёнными атомами.

Откуда берутся такие свободные электроны?

Дело в том, что в атомах не все электроны одинаково прочно удерживаются ядром. В электронных оболочках атомов металлов всегда есть один, два или три электрона, очень слабо связанных с ядром. Поэтому, например, при растворении различных солей входящие в их состав атомы металлов легко отдают эти электроны другим атомам, а сами превращаются в положительные ионы. Отрыв электронов от атомов происходит и в куске любого металла, но все электроны, утерявшие связь с атомами, остаются в самом металле между образовавшимися ионами.

Число свободных электронов в металле огромно. Их примерно столько же, сколько атомов. Тем не менее весь кусок металла остаётся, конечно, незаряженным, так как положительный заряд всех ионов в точности равен отрицательному заряду всех электронов.

Таким образом, строение металла мы может себе представить в таком виде. Атомы металла, потерявшие по 1—2 электрона, стали ионами. Они сравнительно прочно сидят на своих местах и образуют, можно сказать, жёсткий «скелет» куска металла. Между ионами быстро движутся по всем направлениям электроны. Некоторые из электронов при движении тормозятся, другие ускоряются, так что среди них всегда есть и быстрые и медленные.

Движение свободных электронов вполне беспорядочно. Нельзя уловить в нём никаких струек или потоков, никакой согласованности. Свободные электроны движутся в металле приблизительно так, как мечутся мошки в тёплом воздухе летним вечером: в рое каждая из мошек летает сама по себе то быстрее, то медленнее, а весь рой стоит на месте.

Среди беспорядочно движущихся электронов всегда есть такие, которые летят по направлению к поверхности металла. Будут ли они вылетать из металла? Ведь если оставить открытым сосуд с газом, молекулы которого также находятся в беспорядочном движении, как и электроны в металле, то молекулы газа быстро рассеются в воздухе. Однако электроны в обычных условиях не вылетают из металла. Что же их удерживает? Притяжение ионами. Когда электрон поднимается немного над поверхностью металла, над ним уже нет ионов, а внизу, на поверхности, есть. Эти ионы притягивают поднявшийся

§5. Волновая функция связанных электронов кристалла.

Слабосвязанные электроны кристалла соответствуют состоянию валентных электронов кристалла. Они занимают значительную часть объема кристалла, поэтому волновые функции соседних электронов сильно перекрываются.

Сильно связанным электронам соответствует те электроны, которые расположены близко к ядру атома, для них характерны большие значения сил взаимодействия с ядром. Т.е. для этих электронов потенциальная функциясильно изменяется с изменением. Сильно связанные электроны занимают не значительную часть кристалла. Связанные электроны кристалла находятся в потенциальных ямах, образованных в результате перекрытия потенциальных барьеров соседних атомов кристалла.

— ширина барьера, сквозь которого происходит туннелирование, — высота потенциального барьера. Штрих пунктирной линией обозначены потенциальные функцииизолированных атомов кристалла. Сплошными линиями обозначен потенциальный рельеф атома кристалла, полученных в результате перекрытия потенциальных барьеров соседних атомов. Энергия, которая выше значения“потолка” потенциальных барьеров соответствует энергии свободных электронов . Энергииисоответствуют энергии связанных электронов, естественно энергия слабо связанных электронов (валентных)выше энергии сильно связанных электронов.- энергия, которую нужно сообщить электрону (самому холодному), чтобы“вырвать” его из кристалла.

Связанные электроны в кристаллах могут перемещаться от одного атома к другому, в отличие от изолированных атомов такой переход осуществляется туннельным способом (без потери энергии). Такой переход будет тем более вероятен, чем меньше его высота. Поэтому связанные электроны, как и свободные не принадлежат отдельному атому, т.е. принадлежат всему кристаллу, они коллективизированы.

В результате того, что атомы твердого тела взаимодействуют между собой, их уровни расщепляются в зоны. Так как взаимодействие слабосвязанных электронов сильнее чем у сильно связанных, то их зона энергии будет шире, чем у сильно связанных.

Найдем вид волновой функции связанного электрона кристалла, для этого запишем стационарное уравнение Шредингера, для такого электрона:

(1)

(1΄)

Уравнение (1) и (1΄) относятся к электрону с координатой . Знак ΄ у второйозначает, что суммирование происходит по всем электронам кроме электрона с координатой.

В 1928г. F. Blochпредположил, что плотность электрического заряда ядер и электронов в среднем одинакова по времени во всех элементарных ячейках кристалла. Поэтому электрическое поле создаваемое данной системой заряда кристалла должно быть периодическим с периодом кристаллической решетки, следовательно, и потенциальная энергия каждого связанного электрона кристалла должна быть периодической функцией с периодом кристаллической решетки кристалла.

(2)

(2) означает, что потенциальная энергия электронов одинакова в физически эквивалентных точках кристалла.

Введем оператор который, действуя на функцию координатпереводит ее в,.

Подействуем на правую и левую часть уравнения (1) оператором , получим:

(3)

То есть,инвариантен относительно трансляции на собственные вектора.- это компоненты вектора, числа. Тогда (3) можно записать:

(4)

Исходя из (3) и (4) можно сказать, что операторы ,коммутируют между собой.

Из квантовой механики известно, что если коммутирует с оператором Гамильтона, то собственные функции (волновые функции) оператораодновременно являются собственными функциями оператора:

(5)

где — число, вообще говоря, комплексное, являющиеся собственным значением оператора.

Найдем, как зависит от вектора, для этого сначала будем считать, что волновые функции связанных электронов кристалла нормированы на“1”. Т.е. будем считать, что квадрат модуля волновой функции равен вероятности нахождения электрона в точке с координатой.

, тогда- вероятность нахождения электрона в элементе. При таком подходе интеграл по всему пространству, где находится электрон равен:

, ,(6)

Подействуем на функцию последовательно операциями сдвига на вектор

Тогда , Значит

(7)

Из (7) следует, что зависит отэкспоненциально, так как при умножении экспоненциальной функции их аргументы складываются, т.е.

(8)

где имеет размерность обратную длине (волновой вектор), это вещественный вектор, если бы он был комплексным, то он бы не удовлетворял соотношению (6).

Учитывая (8) равенство (5) приобретает вид:

(9)

(9) это единственное условие определяющее вектор . Из (9) следует, что

(10)

Покажем, что — периодическая функция с периодом кристаллической решетки.

Значит, волновая функция стационарного состояния электрона кристалла имеет вид:

(12)

Из (12) видно, что волновая функция связанного электрона представляет собой бегущую волну, амплитуда которой промодулированна с периодом кристаллической решетки. Это функция получила название Блоховской функции.

Периодичность амплитуды Блоховской функции, является следствием периодичности потенциальной энергии связанных электронов. Из (12) следует, что вероятность обнаружения электрона одинакова во всех физически эквивалентных точках кристалла (ифизически эквивалентны):

Но эта вероятность не одинакова в различных точках элементарной ячейки кристалла, что является результатом неоднородности пространства в котором движется связанный электрон (в отличие от свободных электронов кристалла).

на задворках атомов / Хабр

Электроны, крохотные объекты, населяющие задворки атомов, играют ведущую роль в химии, переносят электрический ток по нашим электрическим сетям и внутри ударов молний, и составляют «катодные лучи», использовавшиеся для создания изображений в телевидении XX века и на экранах компьютеров. Это наиболее типичный пример (вроде бы) элементарных частиц.

Под «элементарными» я подразумеваю, что электроны неделимы и не состоят из частиц меньшего размера. При помощи «вроде бы» я напоминаю, что они элементарны, насколько нам позволяют судить об этом современные знания – то, что мы знаем об электронах, получено в экспериментах, а наши эксперименты не обладают бесконечной властью. Если электроны не элементарны, но настолько малы, что наши текущие эксперименты не могут их разломать – они будут выглядеть элементарными во всех экспериментах, проведённых нами в прошлом и настоящем, но не во всех будущих экспериментах. Так что, когда-нибудь – ведь 80 лет назад люди считали, что протоны могут быть элементарными, но им не хватало знаний, а 150 лет назад люди считали, что атомы могут быть элементарными, но им не хватало знаний – мы можем обнаружить, что электроны не элементарны. Но пока, поскольку все доступные нам эксперименты демонстрируют, что они элементарны, мы будем условно предполагать, что так и есть – помня, что это частично экспериментальный факт, и частично – предположение!

Электрон стал первой из обнаруженных субатомных частиц (первым найденным объектом, чей размер был меньше атома). Во времена его открытия, в 1890-х (обычно пишут 1897 год, но это открытие было в некотором роде постепенным), научные дебаты по поводу того, состоит ли материя из атомов, или же атомы были просто выдумкой, удобной для описания поведения материи, подходили к концу. Но даже те, кто верил в существование атомов, не обязательно считали, что атомы были неделимы (как предполагало их имя, произошедшее от греческого «неразрезаемый»). Поколение спустя, к середине 1930-х, физики подтвердили существование атомов, поняли их базовую структуру и узнали, как подсчитывать их свойства с высокой точностью. Эти подсчёты они провели с помощью уравнений из теории поведения материи 1920-х годов, называемой «квантовая механика», ставшей необходимой потому, что знаменитые уравнения Ньютона не справлялись с описанием работы атомов. Многие ключевые проверки точности квантовой механики были связаны с точными измерениями поведения электронов внутри и снаружи атомов.

Все электроны идентичны и неразличимы; если я поменяю два из них местами, вы не сможете этого обнаружить. Так что я могу писать о «свойстве электрона», а вы можете быть уверены в том, что эти свойства таковы для всех электронов. Какие же свойства присущи им?

Масса!

У электрона есть масса – она мала по сравнению с массой любого атома, поэтому про неё обычно можно забыть в начальных классах химии, но она не настолько мала, чтобы забыть о ней в физике частиц и даже в понимании структуры атомов. Хотя электроны не вносят значительного вклада в массу атома, масса электрона необходима для определения размера атома. В этом, в частности, заключается важность поля и частицы Хиггса. Эту массу можно записать по-разному, и каждый из способов даёт вам свою перспективу:

Она равна примерно 9 × 10^-31 кг = 0.000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 9 кг.
Она равна примерно 0,05% (точнее, 1/1838) массы атома водорода – легчайшего атома в природе. Большая часть его массы содержится в его ядре.
Энергия, хранящаяся в массе электрона, E = mc², равна 0,000 511 ГэВ. Это в 200 000 раз больше энергии, переносимой одним фотоном зелёного цвета. В физике частиц масса частицы часто записывается через обратное взаимоотношение энергии и массы: для стационарной частицы m = E / c². В этих терминах масса электрона равна 0,000511 ГэВ / c².

Электрический заряд!

У электрона есть электрический заряд – а значит, на него действуют электрическое и магнитное поля. На электрически заряженную частицу в присутствии электрического поля будет действовать электрическая сила. Именно такие силы удерживают электроны внутри их атомов.

Насколько велик электрический заряд электрона? Представьте себе статическое электричество – вы прошли в ботинках по ковру, а затем, прикоснувшись к дверной ручке, другому человеку или компьютеру (!!!), вы почувствуете искру. Эта искра переносит заряд из одного места в другое – и обычно она в 10 миллионов миллионов раз больше заряда, переносимого электроном. Физики измеряют заряд с использованием произвольно выбранной единицы под названием кулон (так же, как время измеряется в секундах и длина в метрах). В типичном заряде статического электричества содержится одна миллионная доля кулона. Величину заряда электрона обычно обозначают e, и e примерно равно 1,6 × 10^-19 Кл.

Размер?

Размер электрона неизвестен; он может оказаться точечным объектом без размера, или у него может быть чрезвычайно малый размер, радиус которого не превышает 10

^-18

м. Это, по меньшей мере, в 100 000 000 раз меньше радиуса атома. В ином случае мы бы видели признаки размера электрона в экспериментах.

Как на самом деле выглядит электрон? Как я писал в статье про атомы, определить понятие размера элементарной частицы сложно, поскольку электрон, хотя его и называют частицей, не является какой-нибудь пылинкой или крупинкой соли или песка. У него также есть и волновые свойства. В атоме электроны в каком-то смысле распределены по всему атому, как распространяется звуковая волна от барабана. В этом смысле, находясь внутри атома, они имеют размер всего атома.

Но это контекстуальный, а не присущий самому электрону размер. Я так и буду называть это «контекстуальным размером». Измените контекст – выньте электрон из атома, поместите его в маленькую металлическую коробку – и распределение электрона может вырасти или ужаться. У протона, наоборот, есть присущий ему размер, примерно в 100 000 раз меньше атома. Ни в каком смысле нельзя сделать протон меньше присущего ему размера, не разломав его. Короче, контекстуальный размер не может быть меньше внутреннего размера. Уменьшив контекстуальный размер электрона до минимума, в основном через рассеяние электронов высокой энергии с других частиц, мы искали их внутренний размер. Пока что ничего не нашли.

Так что, можно сказать, что эксперименты показывают, что присущий электрону размер меньше, чем 10^-18 м. А как далеко электрон распространяется в виде волны, зависит от контекста.

Спин@

Про это свойство вы могли и не слышать. Оно может покорёжить вам мозг (как покорёжило мне!)

Среди странных свойств квантового мира есть очень странный факт (впервые открытый в 1920-х Гаудсмитом и Уленбеком, пытавшимися осмыслить данные, полученные с измерений электронов в атоме) — элементарные частицы могут крутиться, даже не имея размера! Представить это невозможно: мне, по крайней мере, это недоступно. Скажем это в практическом смысле: электроны и многие другие частицы природы ведут себя так, будто это маленькие вращающиеся волчки – если их поглощает другой объект, это заставляет этот объект немного крутиться. Представьте себе, как вращающийся кусок мягкой глины падает на способный крутиться стол. Глина прилипнет к столу, и стол начнёт вращаться.

Что ещё более странно, каждый из типов частиц всегда вращается с одной и той же скоростью! Мы говорим, что у электронов спин равен 1/2; это самая малая ненулевая скорость вращения, которой способна обладать частица. Нам также известны другие типы элементарных частиц со спином 1/2, 1, и (как мы думаем) 0, и не-элементарных частиц со спинами 0, 1/2, 1, 3/2, 2, 5/2, и далее, до очень больших значений.

Магнетизм↑

Электрически заряженный вращающийся шар вёл бы себя, как магнит, и вы можете догадаться, что поскольку у электронов есть заряд и спин, они ведут себя, как магниты. И вы правы! То, что электроны ведут себя, как маленькие магниты, помогает подтвердить тот факт, что они на самом деле вращаются. Обычные, повседневные магниты, сделанные из, допустим, железа, приобретают свой магнетизм от электронов; множества и множества электронов, чьи спины аккуратно выровнены, могут создать большой магнит из множеств и множеств маленьких!

А вы уверены в том, что электроны реально существуют?

Не пора ли в этой статье продемонстрировать изображение электрона?

Электрически заряженная частица проходит через специально подготовленную пузырьковую камеру, оставит за собой след из пузырьков. Пузырьки быстро раздуваются до видимого размера, а затем этот след можно сфотографировать. Магнитное поле изгибает путь частиц; направление изгиба сообщает вам, был ли заряд частицы положительным или отрицательным. Это знаменитое фото 1933 года демонстрирует тонкий искривлённый путь пузырьков, отмеченный красными стрелками, ведущий себя точно так же, как след электрона – за исключением того, что след электрона выгнулся бы вправо. Изгиб не в ту сторону доказывает, что у частицы, оставившей след, заряд положительный, и поэтому след оставлен позитроном, античастицей электрона. Горизонтальная черта и диагональные линии – это артефакты фотографии и экспериментальной установки.

В отличие от молекул и атомов, достаточно крупных для того, чтобы сделать их фотографии при помощи особых микроскопов, изображение электрона сделать невозможно. Он просто слишком мал и неуловим. Мы можем делать изображения следов электронов, проходящих сквозь материю, как на рисунке (там показан антиэлектрон, позитрон, но электрон выглядел бы практически точно так же), но мы не можем получать изображения электронов напрямую.

Но наша уверенность в существовании электронов очень сильна, а наши знания их свойств весьма точны. Откуда берётся это уверенность?

Это важный вопрос, поскольку один из самых частых вопросов, который задают специалистам по физике частиц – это знаем ли мы на самом деле, что эти частицы существуют, или же мы обманываем себя (и всех остальных), и тратим кучу денег на ерунду, которая оказывается всего лишь горячим воздухом, выходящим из наших голов.

Да, мы знаем, что мы делаем. И мы знаем об этом уже более ста лет. Часть нашей уверенности получена благодаря таким изображениям, которое приведено выше. Но есть и множество других источников уверенности, о которых я, возможно, напишу позже.

важных различий между связанными и несвязанными электронами

Это модель атома Резерфорда-Бора. Изображение Агентства по охране окружающей среды США

Атомы состоят из центрального ядра, содержащего положительно заряженные протоны и незаряженные нейтроны, и вращающихся по орбите отрицательно заряженных электронов, количество которых равно количеству протонов.

Хотя электрон несет заряд, эквивалентный заряду протона (хотя и противоположной полярности), его масса составляет всего 1/1836 массы протона.

Некоторые ошибочно думают, что электрон вовсе не частица, а облако. Это неточное представление, несомненно, возникает из-за облачности кривой распределения вероятностей электрона на его орбите.

Во всяком случае, электрон обычно проявляет свойства, подобные частицам, и лучше всего мысленно представить себе как частицу.

Как ведет себя частица, которую мы называем электроном, зависит от того, в каком состоянии мы ее находим. Между связанными и несвязанными электронами есть важные различия.

Свободно движущийся, несвязанный электрон

Вытащите пистолет и выстрелите пулей, и во многих смыслах электрон похож на эту пулю.

У него масса — у него есть импульс. Еще одна вещь, которая есть у электрона, которой нет у пули, — это заряд.

В соответствии с классическим поведением несвязанный электрон может поглощать энергию в любом количестве. Иначе обстоит дело с электроном, связанным как часть атома или фрагмента атома.

Ограниченный, связанный электрон

Атомы могут поглощать энергию в любом количестве, но электроны, вращающиеся вокруг атомов или фрагментов атомов, которые больше не являются отдельными объектами, не могут.Они поглощают энергию только в определенных или «дискретных» количествах. Реальность этого была впервые математически выражена в случае простейшего атома водорода физиком Нильсом Бором. Он разработал математическое выражение, которое, по сути, постулировало такое дискретное поведение. (См. Изображение слева.)

Подставьте значения Z, n и R, и станет очевидно, что E не может быть просто любым значением.Хотя ученые намеревались использовать это уравнение для объяснения атома водорода, и было бы обидно применять его к любому другому атому, концепция дискретных орбитальных энергий электронов применима повсеместно.

Что, если связанные электроны могут поглощать или излучать энергию в любом количестве?

Если бы связанный электрон мог поглощать или излучать любое количество энергии при движении по орбите, он постоянно терял бы энергию в этом процессе. В конце концов, он по спирали попадет в ядро. Если бы это было так, Вселенная, как мы ее знаем, не могла бы существовать.

Рассмотрим одинокий атом водорода, помещенный в среду, где он подвергается воздействию различных источников энергии:

Применяется тепловая энергия. При этом атом набирает дополнительную кинетическую энергию. Электрон практически не подвержен влиянию. Теперь фотоны стали доступны. Разные фотоны обладают разной энергией.

Электрону требуется фотон с правильной энергией, правильно расположенный, чтобы его поглотить. Если это произойдет, электрон перескочит на более высокий энергетический уровень, то есть на орбиталь, где n> 1.Если n больше 2, в какой-то момент нестабильный возбужденный электрон может потерять часть или всю свою энергию ступенчато, причем значение n будет ступенчато уменьшаться.

Связанные и несвязанные электроны: важные различия

Таким образом, важные различия частично зависят от создания нового объекта. Связываясь с атомом, электрон теряет часть своей идентичности. Это больше не отдельная сущность. Он больше не действует полностью как несвязанный электрон. Он может поглощать и излучать только определенное количество энергии (иногда называемое квантами).

Эти количества энергии связаны с фотонами. Некоторые фотоны (те, что находятся в видимом диапазоне электромагнитного спектра) связаны с цветом. Связанные электроны играют важную роль в цветах природы. Связанные электроны также проявляют различное поведение в магнитных полях. Такие взаимодействия важны в аналитической химии и в области медицины.

Наука декодирования. По одной статье за раз.

различий между связанными и несвязанными электронами

Атомы состоят из центрального ядра, содержащего положительно заряженные протоны и незаряженные нейтроны, а также вращающиеся по орбите отрицательно заряженные электроны в количестве, равном количеству протонов.

Хотя электрон несет заряд, эквивалентный (хотя и противоположной полярности) заряду протона, его масса составляет всего 1/1836 массы протона.

Во всяком случае, электрон обычно проявляет свойства частицы, и лучше всего мысленно представить его как частицу.

Поведение частицы, которую мы называем электроном, зависит от того, в каком состоянии мы ее находим. Между связанными и несвязанными электронами есть важные различия.

Свободно движущийся, несвязанный электрон

Вытащите пистолет и выстрелите пулей, и во многих отношениях электрон похож на эту пулю.

У него масса — у него есть импульс. Еще одна вещь, которой обладает электрон, чего нет у пули, — это заряд.

В соответствии с классическим поведением несвязанный электрон может поглощать энергию в любом количестве.Иначе обстоит дело с электроном, связанным как часть атома или фрагмента атома.

Ограниченный, связанный электрон

Атомы в целом могут поглощать энергию в любом количестве, но электроны, вращающиеся вокруг атомов или фрагментов атомов, не могут. Они поглощают энергию только в определенных или «дискретных» количествах. Реальность этого была впервые математически выражена в случае простейшего атома, водорода, физиком Нильсом Бором. Он разработал математическое выражение, которое, по сути, постулировало такое дискретное поведение.

Уравнение Нильса Бора для атома

Подставьте значения Z, n и R, где n должно быть целым числом, и быстро станет очевидно, что E не может быть просто любым значением. Хотя ученые намеревались использовать это уравнение для объяснения атома водорода, и было бы обидно применять его к любому другому атому, концепция дискретных орбитальных энергий электронов применима повсеместно.

Что, если связанные электроны могут поглощать или излучать энергию в любом количестве?

Если бы связанный электрон мог поглощать или излучать любое количество энергии при движении по орбите, логически он бы постоянно терял энергию, потребляемую в процессе обращения по орбите.Он постепенно врастал бы в ядро. Если бы это было так, Вселенная, как мы ее знаем, не могла бы существовать.

Теперь рассмотрим одинокий атом водорода, помещенный в среду, где он подвергается воздействию различных источников энергии…

Если приложить тепловую энергию, кинетическая энергия атома в целом увеличится, но отдельные электроны практически не затронуты. .

А теперь перейдем к обсуждению фотонов. Фотоны разных частот обладают разным определенным количеством энергии.

Чтобы электрон поглотил его, требуется фотон с приемлемым количеством энергии, правильно расположенный. Если это произойдет, электрон перескочит на более высокий энергетический уровень, орбиталь, где n> 1. Насколько велик скачок, зависит от количества энергии, содержащейся в фотоне. Если n больше 2, то в какой-то момент теперь нестабильный, возбужденный электрон может постепенно терять часть или всю свою энергию. Значение n постепенно уменьшается. То есть электрон не только должен постепенно набирать энергию, он должен постепенно терять энергию.

Взаимодействия фотонов

Связанные и несвязанные электроны: важные различия

Важные различия частично зависят от создания нового объекта. Связываясь с атомом, электрон теряет часть своей личной несвязанной свободы. Это больше не «одна плоть». Он не может полностью действовать так, как будто он не связан. Он может поглощать и излучать только определенное количество энергии, называемое квантами. Между связанными и несвязанными электронами есть важные различия.

Эти кванты связаны с фотонами.Некоторые фотоны (те, что находятся в видимом диапазоне электромагнитного спектра) связаны с цветом. Связанные электроны важны в цветах природы. Связанные электроны также проявляют различное поведение в магнитных полях. Такие взаимодействия важны в аналитической химии и в области медицины.

Примечание: Вам также может понравиться The Neutron A Stable Particle?

Ссылки:

← Вернуться к математике-логике-дизайну
← На главную

квантовая механика — Связанные электроны не двигаются, верно?

Вот (немного) строгой математики, чтобы поговорить об этом явлении.Вы узнаете об этом на первом курсе высшего уровня по QM, поэтому я собираюсь сократить его, а не доказывать некоторые факты. Затем я воспользуюсь этим, чтобы дать вам количественный способ связать это с принципом неопределенности Гейзенберга, а затем применить его к вашему вопросу. Сначала я должен познакомить вас с идеей математического ожидания, которое можно рассматривать как среднее значение состояния, которое вас интересует, и которое сообщает вам среднее значение большой группы выборок; это также можно назвать средним по ансамблю.2} $

Теперь мы можем формально сформулировать принцип неопределенности математически значимым языком. Наиболее часто встречающаяся версия принципа неопределенности неформально гласит, что вы не можете знать положение и импульс частицы

$ \ sigma_x \ sigma_p \ geq {\ hbar \ over2}

Отсюда вы можете сразу сказать, что если импульс всегда был нулевым, то $ \ sigma_p = 0 $, следовательно, должно быть «движение» для электона. Этот movmenet не обязательно должен соответствовать классической идее движения, и на самом деле, если вы исследуете длину волны де Бройля электрона, вы узнаете, что ваш повседневный электрон не может иметь классического аналога.2> \ over2m}

долл. США

моделей атома

Модели атома

Натрий с 10 тесно связанными внутренними электронами и одним слабосвязанным внешним электроном действует примерно так же, как литий, который имеет 2 прочно связанных внутренних электрона и один слабо связанный внешний электрон, и калий, который имеет 18 прочно связанных электронов и один слабо связанный внешний электрон.

Атомы, в которых все электроны, кроме одного, прочно связаны, претерпевают аналогичные химические реакции и все классифицируется как металлов .

Гелий с двумя прочно связанными электронами действует так же, как неон с 10 прочно связанными электронами и аргон с 18 прочно связанными электронами — все это благородные газы, которые отказываются образовывать химические соединения.

Примеры — Что это за пример

Z = 1: водород — электрон, вращающийся вокруг одного протона.

Z-1: Дейтерий — химически идентичен водороду.

Z = 2: Гелий-3 — два прочно связанных электрона, вращающиеся вокруг двух протонов и нейтрона.

Z = 2: Гелий-4 — нормальная форма гелия.

Z = 3: Литий-7 — два прочно связанных электрона и один слабосвязанный электрон, вращающиеся вокруг трех протонов и четырех нейтронов.

Примеры — Что это за пример

Последний столбец — это группа VIII — благородные газы — и включает все элементы, атомы которых вообще не имеют слабосвязанных внешних электронов.

Атомный номер Z увеличивается вправо, как и количество внешних электронов.

Примеры — Что это за пример

Ядру водорода не нужны нейтроны, чтобы быть стабильным. Однако один или два нейтрона могут застрять на к протону.

Ядро гелия не будет стабильным с двумя протонами. Электрическое отталкивание между протонами преодолело бы сильную силу, удерживающую их вместе. Добавление даже одного нейтрона увеличивает сильную силу до такой степени, что она может удерживать ядро вместе.

Для очень больших ядер, таких как уран с 92 протонами, электрическое отталкивание выросло, и требуется много «ядерного клея» — 144 нейтрона для урана-238. Ядра еще большего размера совершенно нестабильны.

Примеры — Что это за пример

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в cookie-файлах может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

электронных болтов: даже глубоко связанные электроны могут покинуть молекулы посредством квантового туннелирования

В квантовой механике частицы могут покинуть свои пределы, даже если на их пути стоит барьер, посредством процесса, известного как туннелирование.Туннелирование — это не просто квантовое любопытство: туннельные электроны, например, используются сканирующими туннельными микроскопами для наблюдения в мельчайших масштабах. Эти зонды могут отображать поверхность на атомном уровне, обнаруживая туннелирование электронов от поверхности через небольшой промежуток к крошечному сканирующему наконечнику микроскопа.

Статья в журнале Science на этой неделе добавляет новую глубину туннелированию, показывая, как легко электроны могут туннелировать с нескольких орбиталей в молекуле. «До недавнего времени все думали, что туннелировать может только самый доступный электрон», — говорит соавтор исследования Пол Коркум, физик из Оттавского университета и директор отдела аттосекундной науки в Национальном исследовательском совете Канады.Ряд исследований за последние несколько лет начал пересматривать это мышление, показывая, что более низко расположенные орбитали также вступают в действие.

В новом исследовании Коркум и его коллеги наблюдали туннелирование электронов из молекул хлористого водорода (HCl), подвергшихся воздействию лазерных импульсов, и проследили электроны обратно на их родительские орбитали. «Можно подумать, что самый высокий, который должен пройти под классически допустимым барьером лишь немного, будет иметь огромное преимущество, а [следующий] нижний, который должен пройти под барьером на очень большую часть, будет быть подавленным », — говорит Коркум.Но команда обнаружила, что вторая по величине орбиталь вносит измеримый вклад в общий туннельный ток.

В конце прошлого года две группы опубликовали статьи в Science , показывающие, как можно использовать интенсивные лазерные импульсы для высвобождения электронов не только с самой высокой молекулярной орбитали, но и со следующей ниже орбитали. Маркус Гюр, физик-химик Стэнфордского университета из Национальной ускорительной лаборатории SLAC в Менло-Парке, Калифорния, стал соавтором одной из этих статей с целью изучения молекулярных процессов в реальном времени.

«Общее видение нашего сообщества состоит в том, что мы хотим взглянуть на химию», — говорит Гюр, который не участвовал в новом исследовании. Исследование того, как электроны образуют и разрывают связи между атомами, имеет решающее значение для отслеживания работы химии на базовом уровне. «Я бы сказал, что чувствительность к электронам — это действительно новый важный шаг», — добавляет Гюр.

В работе 2008 года группа Гюра исследовала туннелирование электронов в азоте. «Молекула азота имеет то преимущество, что эти две орбитали…. довольно близки друг к другу «, — говорит Гюр. В молекуле хлористого водорода, исследованной группой Коркума, добавляет он, орбитали намного дальше друг от друга, что делает вклад туннелирования нижележащей еще более заметным.

Водород молекула хлорида стала удобной испытательной площадкой для такого туннельного эксперимента. Когда электрон отрывается от высшей орбитали хлористого водорода, ион (заряженная версия молекулы) выживает. Но электрон на следующей орбитали ниже отвечает за связь между атомы молекулы, поэтому, когда электрон туннелирует с этой орбитали, молекула HCl распадается.Такая фрагментация — один из признаков туннелирования нижнего уровня.

Помимо демонстрации низкоорбитального туннелирования в молекуле, которая менее восприимчива к нему, группа Коркума также смогла показать, как часто это происходит. «Я бы сказал, что из свидетельств, которые мы представили [в прошлом году], а также из представленных другими группами, ясно, что [орбиталь нижнего уровня] определенно вносит вклад в туннельную ионизацию», — говорит Гюр. «Но в количественном отношении неясно, в какой именно степени.«Группа Коркума, — добавляет Гюр, — сделала следующий шаг, напрямую количественно оценив вклад нижней орбитали — в этом эксперименте нижняя орбиталь вносила 0,2% общего туннельного тока.

Коркум отмечает, что это экспоненциально сложнее , но теоретически это не запрещено, получать электроны с более низких орбиталей, а не с более высоких. Поэтому, хотя новые результаты были на первый взгляд удивительными, они имеют смысл с точки зрения физики. «Я бы сказал, что наше предубеждение было ошибочным, а не сама теория. , — говорит Коркум.

Бегущих электронов в слабосвязанных слоях

Чрезвычайно большое магнитосопротивление (XMR) было недавно обнаружено в WTe ₂, что послужило толчком к обширным исследованиям этого материала в отношении происхождения XMR. Поскольку WTe ₂ представляет собой слоистый состав с металлическими слоями, расположенными между соседними изолирующими халькогенидными слоями, этот материал считается электронно-двумерным. Здесь группа пользователей из Аргоннского отдела материаловедения и Университета Северного Иллинойса, которые работают совместно с исследователями из Аргоннского центра наноразмерных материалов, сообщают о двух новых открытиях по WTe ₂: (1) WTe ₂ является трехмерным в электронном виде с массовая анизотропия всего 2, и (2) массовая анизотропия изменяется с температурой и следует поведению магнитосопротивления состояния ферми-жидкости.

Результаты не только обеспечивают общий масштабный подход для анизотропного магнитосопротивления, но также имеют решающее значение для правильного понимания электронных свойств WTe ₂, включая происхождение замечательного поведения «включения» на кривой зависимости сопротивления от температуры. который широко наблюдается во многих материалах и считается переходом металл-изолятор.

Еще неизвестно, является ли это уникальное электронное поведение источником магнитосопротивления WTe ₂ — свойства, представляющего интерес для разработки магнитных жестких дисков и датчиков, — но результат показывает, что механические и электрические свойства материала одинаковы. не всегда так тесно связаны, как принято считать.

Установки

CNM обеспечивали фотолитографическое моделирование и осаждение, а также морфологический анализ с помощью SEM. 4-зондовые измерения удельного сопротивления с помощью PPMS и квантовые осцилляции удельного сопротивления проводились с помощью MSD.

Цитаты

«Температурная трехмерная анизотропия магнитосопротивления в WTe ₂» Л. Р. Тутам, Ю. Л. Ван, З. Л. Сяо, С. Дас, А. Луйкан-Майер, Р. Диван , G. W. Crabtree, W. K. Kwok, Phys. Rev. Lett. 115, 046602 (2015)
К.Бехния, «Электроны перемещаются между слабосвязанными слоями», Точка зрения физики 8, 71 (2015)

В новостях

Аргоннский пресс-релиз

Что представляют собой связанные электроны

Энергетические характеристики связанных электронов

Распределение связанных электронов в атоме

Отличия связанных электронов от свободных

Роль связанных электронов в образовании химических связей

Влияние связанных электронов на свойства веществ

Методы исследования связанных электронов

Применение знаний о связанных электронах

связанные электроны — это… Что такое связанные электроны?

Полезное

Смотреть что такое «связанные электроны» в других словарях:

Сильно связанные электроны — Справочник химика 21

Электроны связанные, состояние — Справочник химика 21

«Заблудившиеся электроны» помогут в создании квантовых компьютеров

Свободные электроны | Центр физики частиц и высоких энергий НИИ ЯП БГУ

§5. Волновая функция связанных электронов кристалла.

на задворках атомов / Хабр

Масса!

Электрический заряд!

Размер?

Спин@

Магнетизм↑

А вы уверены в том, что электроны реально существуют?

важных различий между связанными и несвязанными электронами

Свободно движущийся, несвязанный электрон

Ограниченный, связанный электрон

Что, если связанные электроны могут поглощать или излучать энергию в любом количестве?

Связанные и несвязанные электроны: важные различия

различий между связанными и несвязанными электронами

Свободно движущийся, несвязанный электрон

Ограниченный, связанный электрон

Что, если связанные электроны могут поглощать или излучать энергию в любом количестве?

Связанные и несвязанные электроны: важные различия

квантовая механика — Связанные электроны не двигаются, верно?

моделей атома

Модели атома

Примеры — Что это за пример

Примеры — Что это за пример

Примеры — Что это за пример

Примеры — Что это за пример

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Что сохраняется в файле cookie?

электронных болтов: даже глубоко связанные электроны могут покинуть молекулы посредством квантового туннелирования

Бегущих электронов в слабосвязанных слоях

Цитаты

В новостях

Похожие записи

Особенности питания кормящей мамы: что можно и нельзя есть при грудном вскармливании

Новорожденный какает слизью: причины появления слизи в кале грудничка

Гемангиома у новорожденных: причины, виды, лечение и профилактика

Добавить комментарий Отменить ответ