15) Полупроводники. Собственная и примесная проводимости полупроводников.

Полупроводниками являются твердые тела, которые при Т — 0 К характеризуются полностью занятой электронами валентной зоной, отделенной от зоны проводимости, сравнительно узкой запрещенной зоной.

Различают собственные и примесные полупроводники. Собственными полупроводниками являются химически чистые полупроводники, а их проводимость называется собственной проводимостью (германий). При 0 К и отсутствии других внешних факторов собственные полупроводники ведут себя как диэлектрики. При воздействии часть е^- из валентной зоны переходит в зону проводимости. В результате удаления е^- образуются дырки – носители + заряда. Т. о. в собственных проводниках различают электронную и дырочную проводимость. Количество е^- в зоне проводимости равно количеству дырок в валентной зоне.

Проводимость, обусловленная примесями и дефектами типа избыточных атомов, тепловыми, механическими – примесная.

а) При замещении например германия мышьяком, мышьяк расходует 4 е^-, пятый е^- в связи не участвует, он продолжает двигаться вокруг атома, энергия связи с ядром мала и при сообщении энергии он отрывается. У дна зоны проводимости образуются примесные донорные уровни.

б) При введении в кремний трехвалентного бора, он забирает себе один е^- , в результате образуется дырка, она может перемещаться как положительный заряд, у верхнего края заполненной зоны образуются локальные уровни, на которые могут переходить дырки. Следовательно проводимость – дырочная. Примесная проводимость обусловлена носителями одного знака.

16) Явление сверхпроводимости. Сверхпроводники 1 и 2 родов.

Сверхпроводимость — свойство некоторых материалов обладать строго нулевым электрическим сопротивлением при достижении ими температуры ниже определённого значения (критическая температура). В таком состоянии магнитное поле в толще сверхпроводника отсутствует. Между е^- Ме помимо кулоновского отталкивания, в результате электрон-фононного взаимодействия возникает притяжение. Если оно больше отталкивания, они образуют связное состояние – куперовскую пару. Такая пара может двигаться без сопротивления со стороны проводника.

По своему поведению в магнитных полях сверхпроводники разделяются на сверхпроводники 1-го и 2-го рода. Сверхпроводники первого рода - это чистые вещества, у которых наблюдается полный эффект Мейсснера (поля меньшие 10⁵ А/м). При этом сверхпроводимость утрачивается скачком. Сверхпроводники второго рода - это вещества, в которых эффект Мейсснера проявляется частично (поля большие, чем 10⁷ - 10⁸ А/м). Магнитное поле в них распределено в виде отдельных нитей. При средних значениях поля имеет место частичное проникновение поля в образец - смешанное состояние.

17) Магнетики: пара-, диа-, антиферромагнетики. Теория ферромагнетизма. Доменная структура. Кривая намагничения.

Всякое вещество – магнетик (под действием магнитного поля приобретает магнитный момент).

Слабомагнитные:

Диамагнетики – вещества, намагничивающиеся во внешнем магнит ном поле против направления поля. Магнитный момент равен 0. В отсутствие внешнего поля немагнитен. Магнитная восприимчивость отрицательна и при этом она не зависит от напряжённости магнитного поля.

Парамагнетики – вещества, намагничивающиеся во внешнем магнитном поле по его направлению. Всегда обладают магнитным моментом. Магнитным свойствами не обладает без поля. У парамагнетиков также магнитная восприимчивость не зависит от напряжённости поля, но при этом она положительна.

Сильномагнитные: ферромагнетики – вещества, обладающие спонтанной намагниченностью, намагничены в отсутствие внешнего поля. Ферромагнетики обладают высокой положительной магнитной восприимчивостью. Зависимость намагниченности от напряженности: сначала растет, потом медленнее, потом достигается магнитное насыщение. Намагничение сопровождается изменением размеров и объема. Для каждого есть t⁰ – точка Кюри, при которой он теряет магнитные свойства.

Вейсс ввел гипотезу, согласно которой ферромагнетик ниже точки Кюри разбивается на большое число малых макроскопических областей — доменов, самопроизвольно намагниченных до насыщения. При отсутствии внешнего магнитного поля магнитные моменты отдельных доменов ориентированы хаотически и компенсируют друг друга, поэтому результирующий магнитный момент ферромагнетика равен нулю и ферромагнетик не намагничен. Внешнее магнитное поле ориентирует по полю магнитные моменты не отдельных атомов, как это имеет место в случае парамагнетиков, а целых областей спонтан­ной намагниченности. Поэтому с ростом Н намагниченность J и магнитная индукции В уже в довольно слабых полях растут очень быстро. При ослаблении внешнего магнитного поля до нуля ферромагнетики сохраняют остаточное намагничение, так как тепловое движение не в состоянии быстро дезориентировать магнитные моменты столь крупных образований, какими являются домены. Поэтому и наблюдается явление магнитного гистерезиса. Для того чтобы ферромагнетик размагнитить, необходимо приложить коэрцитивную силу; размагничиванию способствуют также встряхивание и нагревание ферромагнетика. Точка Кюри оказывается той температурой, выше которой происходит разрушение доменной структуры. В настоящее время установлено, что магнитные свойства ферромагнетиков определяются спиновыми магнитными моментами электронов

Существуют вещества, в которых обменные силы вызывают антипараллельную ориентацию спиновых магнитных моментов электронов. Такие тела называются антиферромагнетиками (соединения марганца, железа). Для них также существует антиферромагнитная точка Кюри.