Почему материалы проводят электричество с точки зрения квантовой физики?

Почему медь проводит электричество, а резина нет, хотя оба материала насыщены электронами? Ответ не имеет ничего общего с крошечными шариками, текущими по трубе. В этой лекции мы обратимся к доске, чтобы разобрать классическую «пинбольную» модель электрического тока и перестроить её из первых принципов, используя квантовую механику. Вы увидите, почему классическая модель Друде плохо объясняет, как далеко движутся электроны внутри металлов. Вы узнаете, как теорема Блоха превращает электроны в квантовые волны, которые проходят через идеальный кристалл без рассеяния, и почему реальное сопротивление возникает только из-за дефектов и колебаний решетки, называемых фононами. Затем мы рассмотрим, как принцип Паули заставляет электроны укладываться в «фермиевское море» до энергии Ферми, и как перекрывающиеся атомные орбитали создают энергетические полосы, разделенные запрещенными зонами. Наконец, главный вывод: материал проводит электричество только в том случае, если рядом с его электронами находятся пустые квантовые состояния. Частично заполненные зоны образуют металлы, заполненные зоны с большими щелями — изоляторы, а малые щели — полупроводники, основу каждого кремниевого чипа на Земле. Если вам нравится глубокая, понятная физика, объясненная с самых основ, подпишитесь и поделитесь этим с тем, кто интересуется тем, как на самом деле устроена Вселенная. Что, согласно квантовой физике, заставляет материал проводить электричество? #КвантоваяФизика #Физика #Электропроводность #ТеорияЗон #ПринципИсключенияПаули #ЭнергияФерми #ТеоремаБлоха #ФизикаТвердогоТельца #МатерияКонденсации #Полупроводники #КвантоваяМеханика #ОбъяснениеНауки #ЛекцияПоФизике #Электроны #STEM