Kas yra laidumo juosta?

Naudojamas kvantinėje mechanikoje terminas laidumo juosta reiškia sujungtų orbitų sritį arba juostą, skirtą elektronams molekulėje. Skirtingai nuo valentinės juostos, laidumo juostoje retai yra elektronų. Sužadintos būsenos elektronai akimirksniu pajudės į laidumo juostą, prieš išleisdami savo energiją ir nukris atgal į žemesnes elektronų orbitales. Suprasti elektronų elgesį šios juostos atžvilgiu padeda suprasti įvairių medžiagų elgesį. Kvantinėje mechanikoje laidumo juostos sąvoka nagrinėjama juostų teorijoje.

Atomai yra išsidėstę su protonais – teigiamai įkrautomis dalelėmis – ir neutronais – neutraliomis dalelėmis – susitelkę centre. Elektronai – mažytės neigiamo krūvio molekulės – skrieja aplink centrinį spiečius, panašiai kaip Saulės sistemos planetos aplink saulę. Kaip ir planetos, elektronai nustato orbitas. Tačiau skirtingai nei planetos, elektronai gali persikelti į kitą orbitą, jei įgyja pakankamai energijos.

Paprastai elektronai randami apatinėse atomo orbitose. Elektronai visada pirmiausia užpildys žemiausią orbitalę, tik tada, kai bus užpildyta pirmoji, pereis prie kitos. Ši natūrali vieta vadinama pagrindine atomo būsena.
Vieno atomo valentiniai elektronai arba tie, kurie paprastai randami atokiausioje pagrindinės būsenos orbitų juostoje, gali būti dalijami su kitais atomais. Kovalentiniuose ryšiuose kelių atomų valentiniai elektronai dalijasi savo orbitomis. Originalios valentinių elektronų orbitos susilieja, sukurdamos molekulėje valentinę juostą.

Kai elektronai įgyja energijos arba pasiekia sužadinimo būseną, jie gali pereiti į aukštesnes orbitas, esančias laidumo juostoje. Elektronai turi turėti pakankamai energijos, kad galėtų peršokti ne elektronų plotą arba juostos tarpą, kad pasiektų laidumo juostą. Kadangi galiausiai elektronai nori būti pagrindinėje būsenoje, patekę į laidumo juostą, jie išskiria energiją šviesos fotonų pavidalu ir grįžta į savo valentinės juostos orbitales. Bendras laikas, kurį elektronas yra laidumo juostoje, yra mažesnis nei viena sekundė.

Elektronų gebėjimas pasiekti laidumo juostą lemia objekto elektrinį laidumą. Skirtingos medžiagos turi skirtingą juostos tarpo dydį, todėl kai kurioms medžiagoms reikia mažiau energijos elektronams perkelti tarp orbitų. Pavyzdžiui, laidininkai turi mažą juostos tarpą, todėl elektronams nereikia daug energijos, kad peršoktų šį minimalų tarpą ir pasiektų laidumo juostą. Štai kodėl laidininkai idealiai tinka elektrai pravesti. Atvirkščiai, izoliatoriai turi labai didelį juostos tarpą, todėl jiems reikia žymiai daugiau energijos, kad elektronai galėtų šokinėti, todėl jie blogai praleidžia elektrą.