Вводные замечания

Лекция 2

В первую очередь мы рассмотрим твердые тела и физические базовые законы, которые определяют свойства проводимости в твердых телах. Во вторую очередь мы рассмотрим свойства полупроводниковых элементов. Если мы говорим о физических основах элементной базы компьютера, то это уже не есть электроника. Это в большой степени оптика, квантовая электроника, и применение этих областей сейчас прогрессирует. Электроника является самостоятельной обширной областью, у которой не очерчены границы. Сейчас очень часто используется термин фотоника, т.е. идет речь о применении свойств и закономерностей, которые свойственны свету, средам, которые свет излучают, поглощают. Для того, чтобы понять, как устроено твердое тело как проводится электрический ток, чтобы картина как электроники, так и фотоники была более менее полной нужно понять основные закономерности.

Современная физика до сих пор успешно развивается на базе тех закономерностей, которые были открыты и сформулированы в начале XX в. И они до сих пор выполнялись. С описанием того, что происходит в атомах, молекулах, твердых телах пока квантовая механика справляется. Несколько слов об основных фактах, которые привели к созданию квантовой механики. В начале XX в. было довольно бурное накопление фактов, не укладывающихся в существовавшую до тех пор картину мира. Приведем несколько таких фактов.

Явление фотоэффекта.

Если облучать поверхность твердого тела светом и измерять энергию вылетающих электронов, то оказывается, что эффект зависит не от интенсивности света, а от длины волны падающего света и зависимость максимальной энергии от частоты выглядит так:

Это явление не укладывается в волновые свойства света.

Спектр излучения абсолютно черного тела.

Нарисуем зависимость интенсивности света I от его частоты w:

В соответствии с классической формулой:

Где k –это постоянная Больцмана, Т – температура. Эта формула оказалась неверна. Оказалась верна более точная формула Планка:

И еще один пример:

Если мы облучим 2 близко расположенные тоненькие щели потоком света. То каждая из этих щелей будет вторичным источником. Свет идущий от этих двух источников будет интерферировать.

Максимумы задаются формулой dsinQ_n = nl.

Теперь одну щель закрываем. Идет пучок света через оставшуюся щель. Получается какая-то равномерная освещенность, естественно, никакой интерференционной картины не будет. Наоборот делаем – закрываем вторую щель, и тоже получаем равномерную освещенность. Ослабляем пучок света. Свет состоит из квантов. Пучок света можно ослаблять до тех пор, пока поток не будет состоять из отдельных квантов. Отдельные кванты можно наблюдать даже глазом. Оказывается, даже отдельные кванты дают интерференционную картину. Каким-то непостижимым образом они друг с другом складываются, хотя они летят отдельно.

Более того, оказывается, что если проделать то же самое не для квантов, а для электронов. Если направить достаточно много электронов, то электроны будут давать не равномерное затемнение, а тоже интерференционную картину. Эта наглядная демонстрация была придумана уже после того, как были доказаны волновые свойства электрона. Каждая частица - тоже есть волна. Есть полная аналогия между фотоном и электроном. Конечно у них у каждого свои свойства. Каждый из них представляет собой как частицу, так и волну.

Дата добавления: 2014-01-06