За власть Советов! (СИ)

— Понял Вас, я об этом сразу скажу.

— Атом вещества состоит из положительно заряженного ядра и оболочки из электронов.

— Это установил Нильс Бор лет пять назад.

— Свет, как и любое электромагнитное излучение, является волной, и одновременно, частицей — фотоном.

— Эйнштейн высказывал такое предположение, но экспериментального подтверждения этому пока нет.

— Ядра атомов состоят из положительно заряженных частиц — протонов и нейтральных массивных частиц — нейтронов. Только ядро атома водорода состоит из одного протона. Ядро гелия, или альфа-частица состоит из двух протонов и двух нейтронов. Нейтроны и протоны удерживаются в ядре мощными силами не гравитационной и не электрической природы. Однако, эти силы действуют лишь на очень коротких расстояниях.

Электрон, протон и нейтрон, так же как и фотон, одновременно являются и волнами и частицами. Из этого следует, что невозможно указать точное местоположение электрона в пространстве. Он как бы «размазан» в некоторой области, причем он присутствует в каждой точке этой области с определенной вероятностью.

Электроны в атоме не вращаются по орбитам, а образуют электронные оболочки вокруг ядра. Эти оболочки характеризуются некоторыми квантованными разрешенными для данного ядра значениями энергии электрона. То есть, каждое атомное ядро имеет дискретный набор энергетических уровней, которые могут занимать электроны. Причем, на одном энергетическом уровне может находиться только один электрон.

Свои объяснения Железняков иллюстрировал, набрасывая на листах бумаги поясняющие картинки. Капица внимательно слушал, вглядываясь в появляющиеся из под карандаша Виктора рисунки.

— Каждый атом имеет большое количество разрешенных энергетических уровней, причем, только нижние уровни заняты электронами, остальные уровни свободны. Под действием внешних сил, например из-за теплового движения атомов, или поглотив фотон, электроны могут получать дополнительную энергию и переходить на более высокие энергетические уровни. Они могут и наоборот, перейти с высокого уровня на более низкий, при этом испустив избыток энергии в виде фотона.

В кристаллической решетке твердого тела атомы находятся на весьма близком расстоянии, при этом их внешние электронные оболочки соприкасаются. Поскольку два электрона на одном уровне не могут иметь одну и ту же энергию, энергетические разрешенные уровни электронов расщепляются. Так как атомов в твердом теле содержится огромное количество, то разрешенные уровни превращаются в разрешенные энергетические зоны. Энергии отдельных уровней внутри зоны отличаются на крайне малые величины, то есть, такую зону можно считать сплошной.

Верхние свободные уровни в твердом теле тоже расщепляются, образуя свободные зоны. Если верхняя занятая электронами энергетическая зона перекрывается со следующей свободной зоной, то электроны внутри свободной зоны свободно перемещаются с уровня на уровень, перемещаясь внутри твердого тела от атома к атому.

Если к такому твердому телу присоединить провода и подать на них электрическое напряжение, то электроны из твердого тела начнут переходить в проводник. А с другого конца проводника они будут свободно переходить в твердое тело. Так обстоят дела в металлах. При повышении температуры тела амплитуда колебания атомов возрастает, и электронам труднее перемещаться внутри тела, поэтому электрическое сопротивление в металлах с температурой возрастает.

В диэлектриках разность энергий электронов в верхней занятой зоне и следующей свободной большая, поэтому электроны не могут за счет теплового движения атомов получить энергию, достаточную для перехода в свободную энергетическую зону, и электрический ток в них не возникает даже при высоких температурах. Диапазон энергий между занятой и свободной зонами, в котором не могут находиться электроны, является запрещенной энергетической зоной.

В полупроводниках запрещенная зона узкая, поэтому при нагреве тела электроны могут получить энергию, достаточную для переброса их в свободную энергетическую зону. Поэтому, в полупроводниках проводимость возрастает в ростом температуры, хотя и остается меньшей, чем в металлах.

Петр слушал откровения Железнякова с благоговением. Перед ним как бы падала доселе непроницаемаязавеса с самых сокровенных тайн природы.

Затем Виктор ответил на возникшие у Капицы вопросы, ограничиваясь исключительно качественными рассуждениями, не приводя никаких количественных формул.

Далее Виктор чисто качественно объяснил природу «примесной» проводимости в полупроводниках электронного и «дырочного» типа и возникновение выпрямляющего контакта между областями полупроводника с электронной и дырочной проводимостью. А также нарисовал зонные энергетические диаграммы такого контакта и контакта металл — полупроводник.

Снова ответил на вопросы, давая пояснения к нарисованным картинкам. Беседа продолжалась часа три. В заключение беседы Железняков заявил Капице: