เลนส์สี

แถบพลังงาน

โลหะ

อิเล็กตรอนวาเลนซ์ซึ่งในสารอื่น ๆ จะสร้างพันธะระหว่างอะตอมเดี่ยวหรืออะตอมกลุ่มเล็ก ๆ โดยอะตอมทั้งหมดในชิ้นส่วนของโลหะจะถูกใช้ร่วมกันอย่างเท่าเทียมกัน อิเล็กตรอนที่มีความละเอียดสูงเหล่านี้สามารถเคลื่อนที่ไปทั่วทั้งชิ้นส่วนของโลหะและให้ความมันวาวของโลหะและการนำไฟฟ้าและความร้อนที่ดีของโลหะและโลหะผสม ทฤษฎีวงดนตรีอธิบายว่าในระบบพลังงานแต่ละระดับจะถูกแทนที่ด้วยภูมิภาคต่อเนื่องที่เรียกว่าแถบเช่นเดียวกับในแผนภาพความหนาแน่นของรัฐสำหรับโลหะทองแดงที่แสดงในรูป แผนภาพนี้แสดงให้เห็นว่าจำนวนอิเล็กตรอนที่สามารถปรับได้ในย่านที่พลังงานใด ๆ นั้นแตกต่างกันไป ในทองแดงจำนวนลดลงเมื่อวงใกล้จะเต็มไปด้วยอิเล็กตรอน จำนวนอิเล็กตรอนในทองแดงจะทำให้วงดนตรีเต็มไปถึงระดับที่แสดงโดยปล่อยให้มีพื้นที่ว่างเปล่าที่พลังงานสูงกว่า

เมื่อโฟตอนของแสงถูกดูดกลืนโดยอิเล็กตรอนใกล้กับส่วนบนของแถบพลังงานอิเล็กตรอนจะถูกยกระดับพลังงานให้สูงขึ้นภายในวง แสงจะถูกดูดซับอย่างเข้มข้นจนสามารถเจาะลึกได้เพียงไม่กี่ร้อยอะตอมซึ่งโดยปกติจะน้อยกว่าความยาวคลื่นเดียว เนื่องจากโลหะเป็นตัวนำไฟฟ้าแสงที่ดูดกลืนได้ซึ่งก็คือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเหนี่ยวนำกระแสไฟฟ้าสลับบนผิวโลหะ กระแสน้ำเหล่านี้กลับมารวมตัวโฟตอนอีกครั้งจากโลหะดังนั้นจึงให้การสะท้อนที่แข็งแกร่งของพื้นผิวโลหะขัดมัน

ประสิทธิภาพของกระบวนการนี้ขึ้นอยู่กับกฎการเลือกบางอย่าง หากประสิทธิภาพของการดูดซับและการปล่อยพลังงานกลับคืนมามีค่าเท่ากันที่พลังงานแสงทั้งหมดสีของแสงสีขาวจะสะท้อนออกมาอย่างเท่าเทียมกันซึ่งจะนำไปสู่สี "เงิน" ของพื้นผิวเงินและเหล็กขัดเงา ในทองแดงประสิทธิภาพการสะท้อนลดลงเมื่อพลังงานเพิ่มขึ้น การลดการสะท้อนแสงที่ปลายสีน้ำเงินของสเปกตรัมส่งผลให้มีสีแดง ข้อพิจารณาที่คล้ายกันอธิบายถึงสีเหลืองของทองคำและทองเหลือง

สารกึ่งตัวนำบริสุทธิ์

ในจำนวนของสารช่องว่างแถบปรากฏในความหนาแน่นของรัฐแผนภาพ (ดูรูป) สิ่งนี้สามารถเกิดขึ้นได้เช่นเมื่อมีค่าเฉลี่ยของวาเลนซ์อิเล็กตรอนสี่ตัวต่ออะตอมในสารบริสุทธิ์ส่งผลให้วงล่างเต็มสมบูรณ์เรียกว่าวาเลนซ์แบนด์และวงบนที่ว่างเปล่าอย่างแน่นอน เนื่องจากไม่มีระดับพลังงานอิเล็กตรอนในช่องว่างระหว่างสองแถบแสงพลังงานต่ำสุดที่สามารถดูดซึมได้สอดคล้องกับลูกศร A ในรูป นี้แสดงให้เห็นการกระตุ้นของอิเล็กตรอนจากด้านบนของวงจุขึ้นไปด้านล่างของการนำวงดนตรีและสอดคล้องกับพลังงานวงช่องว่างที่กำหนดอีกรัม แสงของพลังงานที่สูงขึ้นสามารถดูดซับได้ตามที่ลูกศร B และ C ระบุ

หากสารมีช่องว่างแถบใหญ่เช่น 5.4 eV ของเพชรจะไม่มีแสงในสเปกตรัมที่มองเห็นได้และสารจะไม่มีสีเมื่อบริสุทธิ์ เซมิคอนดักเตอร์วงดนตรีช่องว่างขนาดใหญ่ดังกล่าวเป็นฉนวนที่ดีเยี่ยมและมักจะถือว่าเป็นวัสดุอิออนหรือโควาเลนต์ที่ถูกผูกมัด

เม็ดสีแคดเมียมสีเหลือง (แคดเมียมซัลไฟด์หรือที่รู้จักกันในนาม greenockite แร่) มีช่องว่างแถบขนาดเล็กของ 2.6 eV ซึ่งช่วยให้การดูดซึมของสีม่วงและสีฟ้าบางส่วน แต่ไม่มีสีอื่น ๆ สิ่งนี้นำไปสู่สีเหลือง ช่องว่างของวงดนตรีที่เล็กกว่านั้นทำให้สามารถดูดซับสีม่วงสีฟ้าและสีเขียวทำให้เกิดสีส้ม แต่ช่องว่างของวงที่เล็กกว่านั้นใน 2.0 eV ของ vermilion แบบเม็ดสี (mercuric sulfide, mineral cinnabar) ส่งผลให้พลังงานทั้งหมด แต่สีแดงจะถูกดูดซับซึ่งนำไปสู่สีแดง แสงทั้งหมดจะถูกดูดซับเมื่อพลังงานของช่องว่างของวงนั้นน้อยกว่าขีด จำกัด 1.77-eV (700-nm) ของสเปกตรัมที่มองเห็นได้ เซมิคอนดักเตอร์วงดนตรีช่องว่างแคบ ๆ เช่นตะกั่ว galena galena จึงดูดซับแสงทั้งหมดและเป็นสีดำ ลำดับของสีไม่มีสีเหลืองสีส้มสีแดงและสีดำนี้เป็นช่วงของสีที่แม่นยำที่มีในสารกึ่งตัวนำบริสุทธิ์

เซมิคอนดักเตอร์เจือ

หากอะตอมของสิ่งเจือปนมักเรียกว่าสารเจือปนมีอยู่ในเซมิคอนดักเตอร์ (ซึ่งถูกกำหนดให้เป็นสารเจือ) และมีจำนวนของอิเล็กตรอนวาเลนซ์ต่างกันมากกว่าอะตอมที่มันเข้ามาแทนที่ระดับพลังงานพิเศษสามารถเกิดขึ้นภายในช่องว่างของแถบ หากสิ่งเจือปนมีอิเล็กตรอนมากขึ้นเช่นสิ่งเจือปนไนโตรเจน (ห้าวาเลนซ์อิเล็กตรอน) ในผลึกเพชร (ประกอบด้วยคาร์บอนแต่ละอันมีอิเล็กตรอนสี่วาเลนซ์) ระดับผู้บริจาคจะเกิดขึ้น อิเล็กตรอนในระดับนี้สามารถตื่นเต้นกับการนำโดยการดูดซับโฟตอน สิ่งนี้เกิดขึ้นที่ปลายสีน้ำเงินของสเปกตรัมในเพชรที่เจือด้วยไนโตรเจนทำให้เกิดสีเหลืองเสริม หากสิ่งเจือปนมีอิเล็กตรอนน้อยกว่าอะตอมที่มันเข้ามาแทนที่เช่นสิ่งเจือปนโบรอน (อิเล็กตรอนสามวาเลนซ์) ในเพชรระดับหลุมจะเกิดขึ้น ตอนนี้โฟตอนสามารถถูกดูดซับด้วยการกระตุ้นของอิเล็กตรอนจากแถบวาเลนซ์เข้าสู่ระดับรู ในเพชรที่มีโบรอนเจือนี้เกิดขึ้นที่ปลายสีเหลืองของสเปกตรัมเท่านั้นทำให้เกิดสีน้ำเงินเข้มเหมือนเพชรโฮปที่มีชื่อเสียง

วัสดุบางอย่างที่มีทั้งผู้บริจาคและผู้รับสามารถดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลตหรือพลังงานไฟฟ้าเพื่อผลิตแสงที่มองเห็นได้ ตัวอย่างเช่นผงฟอสเฟอร์เช่นสังกะสีซัลไฟด์ที่มีทองแดงและสิ่งเจือปนอื่น ๆ ถูกนำมาใช้เป็นสารเคลือบในหลอดฟลูออเรสเซนต์เพื่อแปลงพลังงานรังสีอัลตราไวโอเลตที่อุดมสมบูรณ์ซึ่งผลิตโดยปรอทอาร์คเป็นแสงนีออน สารเรืองแสงยังใช้เคลือบผิวหน้าจอโทรทัศน์ด้วยการเปิดใช้งานโดยกระแสของอิเล็กตรอน (รังสีแคโทด) ใน cathodoluminescence และในสีที่ส่องสว่างพวกมันจะทำงานโดยแสงสีขาวหรือรังสีอัลตราไวโอเลต แสดงผุเรืองแสงช้า ๆ ที่รู้จักกันในชื่อฟอสฟ Electroluminescence เป็นผลมาจากการกระตุ้นด้วยไฟฟ้าเช่นเมื่อผงฟอสเฟอร์ถูกวางลงบนแผ่นโลหะและถูกปกคลุมด้วยขั้วตัวนำตัวนำโปร่งใสเพื่อสร้างแผงไฟ

Electroluminescence เกิดขึ้นเมื่อผลึกมีจุดเชื่อมต่อระหว่างสารกึ่งตัวนำที่มีสารเจือต่างกัน กระแสไฟฟ้าจะสร้างการเปลี่ยนระหว่างอิเล็กตรอนและรูในบริเวณรอยต่อปล่อยพลังงานที่สามารถปรากฏเป็นแสงใกล้โมโนโครมเช่นเดียวกับในไดโอดเปล่งแสง (LEDs) ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์แสดงผลในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ด้วยรูปทรงที่เหมาะสมแสงที่ปล่อยออกมานั้นสามารถเป็นสีเดียวและสอดคล้องกันเช่นเดียวกับเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์