Câu 1: Trình bày c u trúc vùng năng l ng trong v t r n?ấ ượ ậ ắ
Tr l i:ả ờ
Trong t t c các ch t den in, ban den van trong Nihau v t lieu in moa, chi ten ticấ ả ấ ậ
so den in bang in to van đ den in này ph thu c vào s l ng các in to có khộ ụ ộ ố ượ ả
năng tham gia den đi n.Tuy nhiên không ph i m i in to trong nguyên to đ uệ ả ọ ề
đ c gia t c khi có m t in tr ng.Trong m t lo i v t lieu đã cho s in to có khượ ố ặ ườ ộ ạ ậ ố ả
năng den in liên quan v i so s p x p các tr ng thái in to van còn v i cách th cớ ắ ế ạ ớ ứ
mà in to chi m lĩnh trong các tr ng thái đó.Trong riêng m i nguyên to ten tic cácế ạ ỗ
m c NL gián đo n. Các nguyên to s p x p thành các t ng van các l p đ c chiứ ạ ắ ế ầ ớ ượ
b i các ch s,p,d van f. Trong m i l p l i có t ng ng 2l + 1=1,3,5 van 7 quở ữ ỗ ớ ạ ươ ứ ỹ
đ o khác nhau. Trong s các nguyên to, in to chi m lĩnh các tr ng thái có NLạ ố ế ạ
th p nh t, c hai in to có spin đ i song chi m m t qu đ o phù h p v i nguyênấ ấ ứ ố ế ộ ỹ ạ ợ ớ
lý lo i tr Pauli .C u hình in to c a m t nguyên to cô l p bi u th s p x p in toạ ừ ấ ủ ộ ậ ể ị ắ ế
vào các tr ng thái cho phép. M t ch t có th xem nh c u t o b i m t sạ ộ ấ ể ư ấ ạ ở ộ ố
l n,gi s là N nguyên to đ c đ a vào s p x p v i nhau có tr t t trong m tớ ả ử ượ ư ắ ế ớ ậ ự ộ
m ng tinh th . kho ng cách t ng đ i xa, m i ntu là đ c l p v i các nguyênạ ể Ở ả ươ ố ỗ ộ ậ ớ
to khác van có các m c NL trong ntu van c u hình in to gi ng nh ntu đ ng côứ ấ ố ư ứ
l p. Khi các ntu càng xích l i g n nhau thì các in to càng b kích thích b i các inậ ạ ầ ị ở
to van các h t nhân c a các ntu lân c n ,làm cho m i m t tr ng thái in to trongạ ủ ậ ỗ ộ ạ
ntu riêng bi t b phân tách thành m t lo t các tr ng thái in to n m sát nhau, hìnhệ ị ộ ạ ạ ằ
thành nên m t vùng NL đi n t . S giãn t m t m c năng l ng đi n t trongộ ệ ử ự ừ ộ ứ ượ ệ ử
ntu thành m t vùng NL trong v t r n ph thu c vào kho ng cách gi a các ntu vàộ ậ ắ ụ ộ ả ữ
nó b t đ u t các đi n t ngoài cùng c a ntu tuy nhiên kho ng cách gi a cácắ ầ ừ ệ ử ủ ả ữ
m c k nhau là h t s c nh . Gi a các vùng k nhau có th t n t i nh ng kheứ ề ế ứ ỏ ữ ề ể ồ ạ ữ
NL hay vùng c m. S các tr ng thái NL đi n t trong m i vùng b ng t ng t t cấ ố ạ ệ ử ỗ ằ ổ ấ ả
nh ng tranngj thái do N ntu đóng góp. M i m t tr ng thái NL có th ch a đ cữ ỗ ộ ạ ể ứ ượ
hai đi n t có spin đ i song. Khi x p t t c đi n t vào các m c NL s xu tệ ử ố ế ấ ả ệ ử ứ ẽ ấ
hi n nh ng vùng còn tr ng và có th xu t hi n nh ng vùng b l p đ y m tệ ữ ố ể ấ ệ ữ ị ấ ầ ộ
ph n. Các tính ch t đi n c a v t li u r n ph thu c vào c u trúc vùng NL đi nầ ấ ệ ủ ậ ệ ắ ụ ộ ấ ệ
t c a nó, vùng ch a các đi n t có NL cao nh t đ c g i là vùng hóa tr , vùngử ủ ứ ệ ử ấ ượ ọ ị
d n là vùng có m c NL cao h n k trên đó. 0K có th có b n ki u c u trúcẫ ứ ơ ề Ở ể ố ể ấ
vùng khác nhau. lo i th nh t, vùng hóa tr ch b l p đ y m t ph n. NL ngỞ ạ ứ ấ ị ỉ ị ấ ầ ộ ầ ứ
v i m c cao nh t đó b chi m 0K đ c g i là NL Fermi Eớ ứ ấ ị ế ở ượ ọ F. lo i c u trúcỞ ạ ấ
vùng th hai vùng háo tr b l p đ y và còn ph lên c vùng d n; vùng này n uứ ị ị ấ ầ ủ ả ẫ ế
không b ph thì hoàn toàn còn tr ng. Hai c u trúc vùng cu i cùng t ng tị ủ ố ấ ố ươ ự
nhau , m i c u trúc t t c các tr ng thái trong vùng hóa tr đ u b đi n tở ỗ ấ ấ ả ạ ị ề ị ệ ử
chi m h t. Tuy nhiên đây không có s dính ph v i vùng d n còn tr ng; đi uế ế ở ự ủ ớ ẫ ố ề
này t o ra m t khe NL xen gi a. S khác nhau gi a hai c u trúc vùng là đạ ộ ở ữ ự ữ ấ ở ộ
l n c a khe NL. Đ i v i v t li u cách đi n khe vùng t ng đói r ng còn ttrongớ ủ ố ớ ậ ệ ệ ươ ộ
các bán d n thi l i h p. NL Fermi đ i v i hai c u trúc vùng n m g n chínhẫ ạ ẹ ố ớ ấ ằ ở ầ
gi a khe. ữ
Câu 2: D a vào khái ni m đ linh đ ng c a đi n t và c u trúc vùng NLự ệ ộ ộ ủ ệ ử ấ
hãy nêu đ c đi n c a đi n tr kim lo i, đi n tr c a bán d n tinh khi t? ặ ể ủ ệ ở ạ ệ ở ủ ẫ ế
Tr l i:ả ờ
Câu 3: Nêu và gi i thích tính ch t d n đi n c a bán d n t p ch t lo i p?ả ấ ẫ ệ ủ ẫ ạ ấ ạ
Tr l i:ả ờ
Xét bán d n nguyên t silic. M t ntu Si có 4 đi n t vòng ngoài m i đi n t nàyẫ ố ộ ệ ử ỗ ệ ử
liên k t đ ng hóa tr v i 4 ntu Si lân c n. Gi s 1 ntu t p ch t có hóa tr 3 đ cế ồ ị ớ ậ ả ử ạ ấ ị ượ
thay th vào (ntu nhóm III A:Al,B,Ga). Ta l y bo. M t trong các m i liên k tế ấ ộ ố ế
đ ng hóa tr xung quanh m i ntu này s b thi u m t đi n t . Ch thi u đó cóồ ị ỗ ẽ ị ế ộ ệ ử ỗ ế
th xem nh là m t l tr ng liên k t y u v i ntu t p ch t. Có th gi i phóng lể ư ộ ỗ ố ế ế ớ ạ ấ ể ả ỗ
tr ng này kh i ntu t p ch t b ng cách là đi n t và l tr ng đ i ch cho nhau.ố ỏ ạ ấ ằ ệ ử ỗ ố ổ ỗ
M t l tr ng chuy n đ ng đ c coi nh là tr ng thaiskichs thích.V y trongộ ỗ ố ể ộ ượ ư ở ạ ậ
tr ng h p này t p ch t bo làm cho l tr ng trong tinh th tăng lên r t nhi u;ườ ợ ạ ấ ỗ ố ể ấ ề
ch c n m t s ntu t p ch t b ng m t ph n tri u s ntu bán d n tinh khi t cũngỉ ầ ộ ố ạ ấ ằ ộ ầ ệ ố ẫ ế
làm cho s l tr ng tăng lên hàng v n l n,do đó đ d n đi n c a bán d n có t pố ỗ ố ạ ầ ộ ẫ ệ ủ ẫ ạ
ch t l n h n đ d n đi n c a bán d n tinh khi t hàng v n l n. M i 1 ntu t pấ ớ ơ ộ ẫ ệ ủ ẫ ế ạ ầ ỗ ạ
ch t đ a vào khe c m m t m c NL n m sát phía trên đ nh c a vùng hóa tr . M iấ ư ấ ộ ứ ằ ỉ ủ ị ỗ
l tr ng s đ c t o ra trong vùng hóa tr khi kích thích nhi t đ 1 đi n tỗ ố ẽ ượ ạ ị ệ ộ ệ ử
chuy n t vùng hóa tr lên tr ng thái đi n t t p ch t. V i 1 chuy n d i nh thể ừ ị ạ ệ ử ạ ấ ớ ể ờ ư ế
ch có m t h t t i đ c sinh ra trong vùng hóa tr mà không có đi n t t do nàoỉ ộ ạ ả ượ ị ệ ử ự
đ c t o ra ho c m c t p ch t ho c vùng d n. T p ch t này đ c g i làượ ạ ặ ở ứ ạ ấ ặ ở ẫ ạ ấ ượ ọ
acxept , b i vì nó có kh năng nh n đi n t t vùng hóa tr và đ l i đó 1 lơ ở ả ậ ệ ử ừ ị ể ạ ỗ
tr ng. Đ i v i bán d n t p ch t lo i này, l tr ng có m t v i n ng đ cao h nố ố ớ ẫ ạ ấ ạ ỗ ố ắ ớ ồ ộ ơ
nhi u so v i đi n t (p>>n) và trong tr ng h p đó v t li u đ c g i là ch tề ớ ệ ử ườ ợ ậ ệ ượ ọ ấ
bán d n lo i p b i vì tính d n đi n ch y u do các đi n tích d ng đ m nhi m.ẫ ạ ở ẫ ệ ủ ế ệ ươ ả ệ
L tr ng đ c g i là h t t i đa s , đi n t là h t t i thi u s .ỗ ố ượ ọ ạ ả ố ệ ử ạ ả ể ố
Câu 4: Nêu và gi i thích tính ch t d n đi n c a bán d n t p ch t lo i n?ả ấ ẫ ệ ủ ẫ ạ ấ ạ
Tr l i:ả ờ
Xét bán d n nguyên t Si. M t ntu Si có 4 đi n t vòng ngoài m i đi n t nàyẫ ố ộ ệ ử ỗ ệ ử
liên k t đ ng hóa tr v i 4 ntu Si lân c n. Gi s 1 ntu t p ch t này có th thamế ồ ị ớ ậ ả ử ạ ấ ể
gia vào liên k t. M t đi n t th a ra ch đính m t cách l ng l o xung quanh ntuế ộ ệ ử ừ ỉ ộ ỏ ẻ
t p ch t b i l c hút tĩnh đi n y u, NL liên k t c a đi n t này t ng đ i nhạ ấ ở ự ệ ế ế ủ ệ ử ươ ố ỏ
(0,01 eV) d b tách kh i ntu t p ch t khi đó nó tr thành đi n t t do. Nh v yễ ị ỏ ạ ấ ở ệ ử ự ư ậ
trong tr ng h p này làm cho s đi n t t do trong bán d n tăng lên r t nhi u.ườ ợ ố ệ ử ự ẫ ấ ề
Và ch c n m t s ntu t p ch t b ng m t ph n tri u s ntu bán d n tinh khi tỉ ầ ộ ố ạ ấ ằ ộ ầ ệ ố ẫ ế
cũng làm cho s đi n t tăng lên hàng v n l n. M i 1 đi n t g n l ng l o đóố ệ ử ạ ầ ỗ ệ ử ắ ỏ ẻ
chi m m t m c NL đ n n m trong khe c m và ngay d i đáy vùng d n. Đế ộ ứ ơ ằ ấ ướ ẫ ể
kích thích đi n t nh y t m t trong các tr ng thaistapj ch t này lên 1 m c trongệ ử ả ừ ộ ạ ấ ứ
vùng d n đòi h i 1 NL t ng ng v i NL liên k t đi n t . C m i l n kích thíchẫ ỏ ươ ứ ơ ế ệ ử ứ ỗ ầ
s c p 1 đi n t đ n vào vùng d n. T p ch t này đ c g i là đôn . B i vì m iẽ ấ ệ ử ơ ẫ ạ ấ ượ ọ ơ ở ỗ
đi n t đôn đ c kích thích t m t m c t p ch t nên không t o ra l tr ngệ ử ơ ượ ừ ộ ứ ạ ấ ạ ỗ ố
t ng ng trong vùng hóa tr .do đó trong bán d n có t p ch t m t đ đi n tươ ứ ở ị ẫ ạ ấ ậ ộ ệ ử
r t l n so v i m t đ l tr ng (n>>p). Vì l đó bán d n có t p ch t đ c g i làấ ớ ớ ậ ộ ỗ ố ẽ ẫ ạ ấ ượ ọ
bán d n đi n t hay bán d n lo i n. Trong bán d n lo i n các đi n t là nh ngẫ ệ ử ẫ ạ ẫ ạ ệ ử ữ
h t t i đa s , còn l tr ng là nh ng h t t i thi u s .ạ ả ố ỗ ố ữ ạ ả ể ố
Câu 5: Nêu c ch d n nhi t c a v t li u. T đó gi i thích tính d n nhi tơ ế ẫ ệ ủ ậ ệ ừ ả ẫ ệ
c a kim lo i, g m, polyme?ủ ạ ố
Tr l i:ả ờ
C ch d n nhi t c a v t li u:ơ ế ẫ ệ ủ ậ ệ
Trong các v t li u r n, nhi t đ c truy n b i c sóng dao đ ng m ng và đi nậ ệ ắ ệ ượ ề ở ả ộ ạ ệ
t t do. Đ d n nhi t toàn ph n là t ng c a hai thành ph n theo hai c chử ự ộ ẫ ệ ầ ổ ủ ầ ơ ế
đó.K = kl+ke trong đó kl,ke đ d n nhi t b i dao đ ng m ng và b i đi n t , thôngộ ẫ ệ ở ộ ạ ở ệ ử
th ng thì m t trong hai thành ph n đó chi m u th . NL nhi t các phonon, t cườ ộ ầ ế ư ế ệ ứ
là các sóng m ng đ c truy n đi theo h ng chuy n đ ng c a chúng. Thànhạ ượ ề ướ ể ộ ủ
ph n kầl gây b i chuy n đ ng thu n c a các phonon t vùng nhi t đ cao t iở ể ộ ầ ủ ừ ệ ộ ớ
vùng nhi t đ th p trong v t th . Các đi n t t do cũng tham gia d n nhi t. ệ ộ ấ ậ ể ệ ử ự ẫ ệ Ở
vùng nóng c a v t li u đi n t t do có đ ng năng l n h n. Chúng di chuy nủ ậ ệ ệ ử ự ộ ớ ơ ể
đ n nh ng vùng l nh h n, và m t ph n đ ng năng này đ c chuy n bù thêmế ữ ạ ơ ộ ầ ộ ượ ể
cho các ntu nh là k t qu c a các va ch m v i phonon hay là v i các khuy t t tư ế ả ủ ạ ớ ớ ế ậ
m ng. Ph n đóng góp t ng d i c a kạ ầ ươ ố ủ e tăng theo n ng đ đi n t t do vì cóồ ộ ệ ử ự
nhi u đi n t h n tham gia vào quá trình d n nhi t.ề ệ ử ơ ẫ ệ
Gi i thích tính d n nhi t c a kim lo i:ả ẫ ệ ủ ạ
Trong KL v i đ s ch cao, c ch đi n t v n chuy n nhi t có u th h n ph nớ ộ ạ ơ ế ệ ử ậ ể ệ ư ế ơ ầ
đ ng góp c a phonon vì đi n t không d b tán x nh phonon và có t c đ l nố ủ ệ ử ễ ị ạ ư ố ộ ớ
h n. KL là ch t d n nhi t h t s c t t do có s l ng khá l n đi n t t do thamơ ấ ẫ ệ ế ứ ố ố ượ ớ ệ ử ự
gia d n nhi t. Vì đi n t t do ch u trách nhi m c d n nhi t và d n đi n trongẫ ệ ệ ử ự ị ệ ả ẫ ệ ẫ ệ
KL tinh khi t, tính toán lý thuy t cho th y hai đ d n đó có m i liên h phù h pế ế ấ ộ ẫ ố ệ ợ
v i đ nh lu t ớ ị ậ Wiedemann Franz:
L=k/σT
Trong đó: σ - đ d n đi nộ ẫ ệ
T – nhi t đ tuy t đ iệ ộ ệ ố
L – hăng s . Giá tr lý thuy t c a L = 2,44.10ố ị ế ủ -8 Ω.W/(K2), không phụ
thu c nhi t đ và nh nhau đ i v i t t c m i KL n u NL nhi t đ c v nộ ệ ộ ư ố ớ ấ ả ọ ế ệ ượ ậ
chuy n hoàn toàn b ng đi n t t do. T p ch t trong KL làm gi m đ d nể ằ ệ ử ự ạ ấ ả ộ ẫ
nhi t, vì các ntu t p ch t , đ c bi t là trong dung d ch r n, ho t đ ng nh nh ngệ ạ ấ ặ ệ ị ắ ạ ộ ư ữ
tâm tán x , h th p hi u qu c a chuy n đ ng di n t .ạ ạ ấ ệ ả ủ ể ộ ệ ử
Gi i thích tính d n nhi t c a g m:ả ẫ ệ ủ ố
Các v t li u phi KL đ u là nh ng ch t cách đi n vì chúng không có nhi u đi nậ ệ ề ữ ấ ệ ề ệ
t t do. Nh v y, phonon ch u trách nhi m ch y u trong d n nhi t: kử ự ư ậ ị ệ ủ ế ẫ ệ e r t nhấ ỏ
so v i kớl. Phonon v n chuy n NL nhi t không có hi u qu nh đi n t t do, doậ ể ệ ệ ả ư ệ ử ự
phonon b tán x r t m nh b i khuy t t t m ng. Tán x c a các dao đ ng nhi tị ạ ấ ạ ở ế ậ ạ ạ ủ ộ ệ
tr nên n i b t h n khi nhi t đ tăng, Do v y, đ d n nhi t c a đa s các v tở ổ ậ ơ ệ ộ ậ ộ ẫ ệ ủ ố ậ
li u g m bình th ng đ u gi m d n khi nhi t đ tăng, ít nh t là nhi t đệ ố ườ ề ả ầ ệ ộ ấ ở ệ ộ
t ng đ i th p. L x p trong v t li u g m có th gây nh h ng m nh đén đươ ố ấ ỗ ố ậ ệ ố ể ả ưở ạ ộ
d n nhi t; trong đa s tr ng h p, s tăng th tích l x p làm gi m đ d nẫ ệ ố ườ ợ ự ể ỗ ố ả ộ ẫ
nhi t. Các l x p bên trong còn ch a không khí, khí này có đ d n nhi t c c kỳệ ỗ ố ứ ộ ẫ ệ ự
th p kho ng 0,02W/mK. ấ ả
Gi i thích tính d n nhi t c a polyme:ả ẫ ệ ủ
Đ d n nhi t c a đa s các polyme vào c 0,3W/mK. Đ i v i lo i v t li u này,ộ ẫ ệ ủ ố ỡ ố ớ ạ ậ ệ
NL truy n theo dao đ ng, t nh ti n và quay c a các phân t m ch. Đ l n c aề ộ ị ế ủ ử ạ ộ ớ ủ
đ d n nhi t ph thu c vào m c đ k t tinh: polyme có c u trúc tinh th và tr tộ ẫ ệ ụ ộ ứ ộ ế ấ ể ậ
t cao s có đ d n nhi t l n h n so v i v t li u vô đ nh hình t ng đ ng. Đóự ẽ ộ ẫ ệ ớ ơ ớ ậ ệ ị ươ ươ
là do dao đ ng hi u d ng h n c a các m ch phân t ttranhj thái tinh th .ộ ệ ụ ơ ủ ạ ử ở ể
Polyme th ng đ c ng d ng làm ch t cách nhi t nh có đ d n nhi t th p.ườ ượ ứ ụ ấ ệ ờ ộ ẫ ệ ấ
Tính cách nhi t c a chúng cũng nh g m, có th đ c nâng cao h n b ng cáchệ ủ ư ố ể ượ ơ ằ
d a vào nh ng l x p nh , th ng đ c t o ra b ng cách khu y b t trong khiư ữ ỗ ố ỏ ườ ượ ạ ằ ấ ọ
polyme hóa.
Câu 6: Th nào là ch t thu n t , ngh ch t , s t t , ph n s t t , feri t .ế ấ ậ ừ ị ừ ắ ừ ả ắ ừ ừ
Nêu đ c đi m c a chúng?ặ ể ủ
Tr l i:ả ờ
a) Ch t thu n t van đ c đi m.ấ ậ ừ ặ ể
Ch t thu n t là v t li u không t tính, b i vì nó chi b t hoá khi có m t tấ ậ ừ ậ ệ ừ ở ị ừ ộ ừ
tr ng ngoàiườ
Trong nhi u v t, m i nguyên t có m t momen l ng c c vĩnh c u do k t quề ậ ỗ ử ộ ưỡ ự ử ế ả
tri t tiêu l n nhau không hoàn toàn c a các momen t spin và các momen t quệ ẫ ủ ừ ừ ỹ
đ o. Khi không có t tr ng ngoài, các momen t nguyên t này đ nh h ng h nạ ừ ườ ừ ử ị ướ ỗ
lo n, do đó v t li u s không có vect t hoá vĩ mô riêng. Khi có t tr ngạ ậ ệ ẽ ơ ừ ừ ườ
ngoài các l ng c c nguyên t nguyên t này quay t do và tính thu n t ch thưỡ ự ử ử ự ậ ừ ỉ ể
hi n khi có s quay này t o ra m t đ nh h ng u tiên nào đó. K t qu làm tăngệ ự ạ ộ ị ướ ư ế ả
t tr ng ngoài , gây ra đ t th m t ng đ i l n µừ ườ ộ ừ ẩ ươ ố ớ r l n h n 1 và do đó đ tớ ơ ộ ừ
hoá t ng đ i nh nh ng d ng.ươ ố ỏ ư ươ
b) Ch t ngh ch t và đ c đi m.ấ ị ừ ặ ể
Câu 7: Hãy nêu ngu n g c momen t c a v t li u. Nêu đ c đi m c a v tồ ố ừ ủ ậ ệ ặ ể ủ ậ
li u t c ng?ệ ừ ứ
Câu 8: Th nào là v t li u t m m, nêu tính ch t, đ c đi m c a v t li uế ậ ệ ừ ề ấ ặ ể ủ ậ ệ
t m m?ừ ề
Câu 9: Gi i thích đ ng cong t tr thông qua khái ni m domen t . Soả ườ ừ ễ ệ ừ
sánh s gi ng nhau và khác nhau gi a v t li u t c ng và v t li u tự ố ữ ậ ệ ừ ứ ậ ệ ừ
m m?ề
Câu 10: Nêu đ c đi m c a siêu d n, ng d ng c a siêu d n?ặ ể ủ ẫ ứ ụ ủ ẫ
Câu 11: Laser là gì, ng d ng c a Laser. Nêu s b c u t o máy phát Laserứ ụ ủ ơ ộ ấ ạ
Câu 12: Nêu tính ch t quang h c c a v t li u phi kim lo i. Trình bày cấ ọ ủ ậ ệ ạ ơ
ch phát quang c a v t lieu?ế ủ ậ
Câu 13: Nêu tính ch t quang h c c a kim lo i, gi i thíchấ ọ ủ ạ ả
Câu 14 : T ng tác ánh sáng v i v t r n?ươ ớ ậ ắ
Câu 15 : T ng tác nguyên t và đi n ươ ử ệ