energiatasoja

Energiatasot ovat kvanttimekaanisesti mahdollisia energia-arvoja, joita järjestelmä voi kantaa. Koska tila on kvantittunut, energiaa esiintyy vain diskreetteinä arvoina. Atomeissa energiatason erot syntyvät elektronien orbitalien kvanttumisesta, ja ne määräävät, millaisia energiamuutoksia elektronin siirtyessä tilasta toiseen ovat mahdollisia. Esimerkiksi vetyatomissa energiatason erot noudattavat likimääräistä kaavaa E_n = -13,6 eV · Z^2 / n^2 (n = 1, 2, 3, ...).

Kiinteissä aineissa elektronien tilat muodostavat energia-bandeja, ei yksittäisiä tasoja kuten atomeissa. Band gap kuvaa, kuinka suurta energiaa tarvitaan siirtymään valenssi-tilasta johtotilaan, ja se vaikuttaa sekä aineen sähkönjohtavuuteen että optisiin ominaisuuksiin. Doping ja lämpötila voivat muuttaa näiden tilojen populaatiota ja siten aineen käyttäytymistä sähköisesti sekä sen valon reagointikykyä.

Siirtymiä energiatiloista voidaan havaita ja mitata spektroskopialla: absorptio- ja emisiospektrit paljastavat energiarierojen suuruudet. Energiatasot ovat keskeisiä muun muassa laserteknologiassa, puolijohde-elektroniikassa sekä kvantti- ja nanorakenteissa kuten kvanttipisteissä, joissa tilojen erot voivat olla suuria ja ohjata laitteen toimintaa.