Energibåndene

Energibåndene er et begrep i faststofffysikk som beskriver hvordan elektroners energinivåer i krystalinske materialer oppfører seg. Når atomer danner et periodisk gitter, overlapper atomorbitalene og danner brede energibånd i stedet for isolerte nivåer. Ifølge Blochs teorem kan elektronet i en krystal beskrives som en bølge som tilpasser seg den periodiske potensialen, og energien elektronene kan ha, organiseres i tillatte og forbudte områder kalt energibåndene og energibåndgapet.

I de fleste isolatorer er valensbåndet fullt og ledningsbåndet ligger høyere i energi; i metaller kan valensbåndet og ledningsbåndet overlappe eller være delvis befolket, noe som gir elektrisk ledning uten ekstern energi.

Avstanden mellom valensbåndet og ledningsbåndet kalles energibåndgapet. Størrelsen på gapet avgjør materialets klassifisering: store gap → isolatorer, små gap → semikonduktorer, små eller ingen gap → metaller. Semikonduktorer kan ha direkte eller indirekte energibåndgap, noe som påvirker optiske egenskaper.

Fermi-nivået betegner energien til de sist fylte tilstander ved 0 K; ved temperaturer >0 K skifter befolkningen i bånd mellom valens- og ledningsbåndet. Doping av materiale lager donor- eller akseptornivåer som gjør det lettere å oppnå ledning ved romtemperatur.

Betydning: Energibåndene utgjør grunnlaget for elektronikk og optiske enheter som transistorer, dioder, solceller og LED. De gjør det mulig å forklare og forutsi elektrisk og optisk oppførsel i materialer.