半導体の伝導帯における電子の軌道状態

質問

教科書にはよく，伝導帯の底がs軌道で価電子帯の頂上が
p軌道から作られていると書いているのですが，その理由
がよくわかりません．

どなたかお教え頂ければ幸いです．
よろしくお願いいたします．

回答No.3

hironomikoto

質問の内容が文字どうりならということで解りやすく説明してみます。
固体物理では不純物がはいることで半導体となります。
もともと電子軌道であるｐとかｓ軌道は、原子状態（気体）の呼び名です。
半導体ではその物性が不純物で決まりますが、その不純物の電子軌道は気体（原子）のものとは異なります。
それは不純物原子が他の原子より影響を受けるため電子軌道がかわるのです。
多体問題になりますが一つの不純物原子はその周りの全ての原子より影響をうけ、
（これは現実的には無限に近い数です）
もともとは単一軌道（気体原子モデル）であるものがバンド構造（無数に分かれたためエネルギー帯となる）となります。それがｓ軌道やp軌道にから作られたという意味です。

かんたんな話としては固体物理（固体物性）の入門書にせつめいがありますのでみてもらえば解ると思います。

まず二体問題なら説明が出来るので、その説明があると思います。これが３、４、・・・無限個となればという類推でバンド理論が説明されているかとおもいますが。

回答No.2

kuwamanma

詳しい状況が掴みきれてないので信用しないでください。
間違っていたら誰か指摘して下さい。

電子準位をイメージする時、
基底状態において
電子が詰まっている最も高い準位をＨＯＭＯ(最高占有軌道)
電子が詰まっていない最も低い準位をＬＵＭＯ(最低非占有軌道)
と言います。
半導体はＨＯＭＯにあたる軌道がｐ軌道
ＬＵＭＯにあたる軌道がｓ軌道になると思います

ｄ、ｆ軌道を考えた時については、
僕には全く分かりません。

一度、論文や教科書の実験データを見てみると
イメージが広がると思います
価電子帯については
Ｘ線光電子分光法
(X-ray Photoelectoron Spectroscopy ＸＰＳ)、
真空紫外線光電子分光法
(Ultraviolet Photoelectoron Spectroscopy ＵＰＳ)、
Ｘ線発光分光法
(X-ray Emission Spectroscopy ＸＥＳ)
などを用いた実験データを

伝導帯については
制動放射分光法(？)
(Bremsstrahlung Isochromat Spectroscopy ＢＩＳ)
などの実験データを参考にすると良いと思います

伝導帯の底かどうか分かりませんが、
今まで僕が見たＢＩＳスペクトルでは
ｓ軌道が最も低い準位に位置していたと思います

価電子帯の頂上にｐ軌道というのは分かりかねます
物質によると思うのですがｄ軌道のほうが高い準位に位置しているものもあるのではないかと思います。
その辺は論文によって意見の食い違いもあるのではないでしょうか？

回答No.1

Admin_07

そんな難しい質問しちゃだめだよ～．ここは物性の専門家少なそうだからさ．
大学の先生にでも聞こうね．

まぁヒント言うとさ，sp3混成軌道ってあるよね．
その辺よく勉強してみたらいいと思うよ．