¿Qué causa los picos en la densidad de estados?

Answer 1

Bueno, el pico solo significa que en esa región de energía el número de estados (de electrones) es más que cero.

¿Qué es entonces el estado?

Cada electrón en cada átomo puede, en su extremo, limitarse a ese átomo o extenderse y compartirse entre dos o más átomos (en un enlace químico). Los electrones de la capa interna, cerca de los núcleos, tienden a limitarse más al átomo individual. Se les conoce como electrones “centrales”. Los electrones de cubierta externa tienden a participar en los enlaces químicos y se conocen como electrones de “valencia”.

Todos y cada uno de los electrones, ya sea en un átomo, molécula o sólido, pertenecen a un estado específico que a su vez tiene una energía asociada específica. Entonces, si para un solo átomo de magnesio aislado rodeado por vacío, uno produjera un gráfico de los estados de los electrones en función de la energía, y donde los estados individuales se representaran como simples marcas de línea, vería de 4 a 6 líneas separadas (una para cada orbital lleno) dependiendo de los campos magnéticos agregados. Los electrones más internos (en los orbitales 1s y 2s) tienen la energía más baja. La mayoría de los electrones externos (en los orbitales de “valencia” de 2p y 3 s) tienen energías correspondientemente superiores.

Si un átomo de magnesio forma un enlace con otros átomos de magnesio, son sus respectivos electrones de valencia los que permiten que sus estados formen combinaciones y compartan espacio. En la misma gráfica de estado contra energía que antes, uno observaría dos cosas:

1. Una duplicación de las marcas de línea (el doble del número de estados)

2 . Una división de los estados más altos en el gráfico anterior. Sin embargo, la mayoría de los electrones no se verían afectados por la prueba, por lo que solo agregaríamos una línea muy cercana a la existente (nunca pueden ser exactamente iguales debido a las consecuencias de la mecánica cuántica).

A continuación, podríamos agregar otra y otra más, y el efecto es igual que antes: para cada átomo agregado debemos agregar una línea (líneas, puntos o lo que sea) para cada estado original, y aún más, los estados que pertenecen a los electrones de valencia se convierten en Cada vez más dividido y complejo debido a los bonos.

Lo que en los átomos aislados son estados electrónicos individuales de hidrógeno, es en un sólido realmente un número (casi) infinito de estados más o menos dispersos alrededor del estado atómico equivalente. Así que para el cristal de magnesio sólido, esas 4 a 6 líneas se convierten en regiones o “bandas” de estados. Las bandas que corresponden a los electrones centrales forman bandas estrechas con muchos estados (electrones) que se encuentran dentro de una pequeña ventana de energía (es decir, la unidad de estados es grande con picos más altos y más agudos). Los electrones de valencia forman enlaces y, por lo tanto, los estados se dividen, se vuelven más complejos y se extienden a lo largo de un mayor intervalo de energía (es decir, la densidad de estados es menor con picos más pequeños pero más complejos). Entre estos picos no hay estados, por lo que la densidad de los estados es cero.

Esto es lo que ve en su figura adjunta (la izquierda), excepto que en lugar de solo magnesio, también hay oxígeno (por lo que el compuesto es probablemente un óxido de magnesio de alguna forma). Verá las bandas estrechas correspondientes a los electrones centrales y las bandas complejas correspondientes a los electrones de valencia que participan en los enlaces.