Katıların optik, mekanik, elektriksel ve magnetik özelliklerini inceleyen bilim dalı Katılar Fiziği.
Katılar fiziğinin ayrıcalıklı alanı billurlu katıardır; bunun nedeni hem pratik uygulama açısından önem taşımaları, hem de incelemelerinin kolaylıkla yapılabilmesidir. Ama günümüzdeki araştırmalar amorf katılara ve katı olmayan düzenli hallere kadar yayılmıştır.
Billurlaşmış Katıların Ve Elektronik Yapıları
Billurlu bir katının yapısı devirlidir. Atomların az ya da çok sıkışık olan birleşimi eşdüzemli olmayan a",, a2 ve a3 vektörleri lı, h ve l3 herhangi bir tamsayı olmak üzere T = l,a, + l2a2 + haâ vektörünün tüm ötelemeleri için billur ağ değişmeyecek biçimde tanımlanabilir.
Bu yapı, titreşimlerin katı içindeki yayılmalarını açıklamaktadır. Bir billur, çok sayıda atom, bundan ötürü de çok sayıda elektron içerir. Elektronlar, ancak, aralıklı bir dizi oluşturan belirli bazı enerji durumlarında yer alabilirler. Dengede, elektronlar, artan enerji düzenine göre, her düzeyde bir elektron olmak üzere, olası çeşitli düzeyleri izleyerek dağdırlar. Gerçekte, bu doldurma biçimi, ancak hiçbir ısıl titreşim (hareketldik) olmadığında, yani sıcaklık sıfır (0 K) olduğunda kabul edilebilir. Bu durumda, bir EF değerinden düşük enerji durumları bütünüyle doludur ve EF’den yüksek enerji durumları hiçbir zaman dolmaz. Sıcaklık, sıfır değil de, çok düşükse, EF enerjisinden oldukça düşük E enerjili elektronlar yer değiştiremezler, çünkü, ısıl titreşimle erişebilecekleri durumların hepsi dolmuştur. Buna karşılık, EF ’nin biraz altındaki enerji durumları, bundan biraz daha yüksek ve boş olan enerji durumlarının yararına boşalabilirler. EF enerjisine Fermi enerjisi ya da Fermi düzeyi denir. oranı Tf Fermi sıcaklığı diye adlandırılır, k Boltzmann sabitidir{k=l,38.10 23J.K.’1).
Elektronların büyük sayısı ve bunların billur çekirdeğiyle yapabilecekleri olası çeşitli etkileşimler, elektronların bulunduğu yerde, enerji düzeylerinin birbirlerine çok yakın ve çok sayıda olmasına neden olur. Elektronların enerji düzeyleri, art arda yasal ve yasak bandlar dizisinin oluşmasına yol açarlar (Çiz. 1): Bu olaya bandlar kuramı adı verilir.
Katıların Elektriksel Özellikleri
Bandlar kuramı, katıların elektriksel özelliklerinin yalın ve genel bir yorumunu sağlar: Temel nokta en son dolu bandın Fermi düzeyinin bulunduğu yerle olan ilgisidir (Çiz.2). Gerçekten de, bu düzey bir bandın içindeyse bu çok düşük enerji, elektronları dolu olmayan durumlara iter: Elektrik akımı kolaylıkla geçer. Bu düzene metallerde raslamr. Yarı-metaller bir sınır durumu oluşturmaktadırlar: Son bandda çok düşük sayıda elektron bulunur ve bunlar bir akımın geçmesini sağlar. Elektronların iletime katıldığı banda, iletim bandı adı verdir. Fermi düzeyi, bir bandm üstünde yer alırsa, bir elektron, detim bandına erişmek için yasak bandı aşmak zorundadır: Yasak band büyükse, madde yalıtkandır ve düşük sıcaklıkta direnci sonsuzdur. Kimi maddeler için, yasak band çok büyük bir enerjiye denk düşmez ve olağan sıcaklıkta, birkaç elektron, ısıl titreşimden ötürü bir üst bandda bulunabilir. Bu durumda, bir akım, yarı-iletken denen bu maddeleri katedebilir.
Katılar Fiziğinin Uygulamaları
Katılar fiziği, katıların magnetik özelliklerinin açıklanmasını da sağlar. Güncel kuramlar, gerçekleştirilmiş yaklaşımlarının önemli olmasına karşın, karmaşıktırlar ve katılar fiziğinin uygulamaları çok çeşitlidir. Elektronik, yarı-iletkenler sayesinde yeni bir gelişme kazanmıştır. Ferrimagnetik maddeler olan ferritler, bilgisayarlarda bellek öğesi olarak kullanılmaktadırlar.
Aşırı – iletkenlikten, yüksek güçlü elektromıknatıslarda, yitimsiz transformatörlerde, uzay aygıtlarında ve bilgisayar belleklerinde yararlanılır. Televizyon ekranları, tüpten yaydan elektrik demetinin görünür olması için kimi billurların gazışısından yararlanmaktadır. Lazer, mazer, magnetik titreşim olayları da, katılar fiziğinin uygulama alanına girmektedir.
Son Yorumlar