نسخة الفيديو النصية
يوضح الشكل الآتي شبكة من ذرات السليكون؛ حيث يوجد إلكترون حر بجانب فجوة. أي من الأشكال الآتية يمثل بشكل صحيح الشبكة بعد فترة قصيرة؟
من بين إجاباتنا، لدينا خمسة خيارات، (أ) و(ب) و(ج) و(د) و(هـ)، لأفضل تمثيل للحظة الزمنية التي تأتي مباشرة بعد تلك الموضحة في الشكل الأصلي. في هذا الشكل الأصلي، لدينا شبكة من ذرات السليكون حيث تمثل إلكترونات غلاف التكافؤ بنقاط زرقاء. إلكترونات التكافؤ هذه مرتبة بشكل منتظم عبر هذه الشبكة باستثناء موضع واحد. نلاحظ هنا وجود فجوة في هذا المكان. إلى جانب ذلك، يوجد إلكترون حر. يمكننا أن نقول إن هذا الإلكترون حر لأنه في حالة حركة كما يتضح من ذيله الأزرق الذي يمكننا رؤيته يتحرك مباشرة نحو الفجوة.
الشحنة الفعالة النسبية للفجوة هي موجب واحد. وبهذا المعنى، فإن الفجوة تجذب الإلكترونات. يمكن أن تتحد الإلكترونات الحرة مع الفجوات في عملية تسمى الالتئام. وتسمى الالتئام لأنه لكي يصبح الإلكترون حرًّا، عليه أن يتحرر في مرحلة ما من الحالة المقيدة. لكن في الشكل الأصلي، نلاحظ أن الإلكترون الحر من المرجح أن يشغل هذه الفجوة. من بين خيارات الإجابة الخمسة، سنبحث عن الخيار الذي يوضح لنا أن الفجوة يشغلها إلكترون.
في خيار الإجابة (أ)، يقع هذا الموضع في الشكل هنا. هذا يوضح بالفعل أن الإلكترون يشغل الفجوة، لكن ظهرت فجوة أخرى بجانبه. تكمن المشكلة في أن هذه الفجوة الجديدة تظهر في موضع في الشبكة لم يسبق أن يوجد فيه إلكترون تكافؤ من قبل. كان يوجد بالفعل إلكترون حر في هذا الموضع، لكن لا يوجد إلكترون تكافؤ يتحرك ليترك هذه الفجوة. لهذا السبب، لن نختار الخيار (أ).
في خيار الإجابة (ب)، لم يعد موضع الفجوة في الشكل الأصلي موجودًا، ولكن توجد الآن فجوة على يسار هذا الموضع بالإضافة إلى إلكترون حر. هذا لا يعكس ما سيحدث بعد فترة وجيزة من الحالة الموضحة هنا في الشكل. لذلك، سنستبعد خيار الإجابة (ب) أيضًا. في خيار الإجابة (ج)، نلاحظ أن الفجوة التي كانت موجودة في الحالة الأصلية ما زالت موجودة، ويبدو أن الإلكترون الحر قد اختفى تمامًا. لكن ليس هذا ما يحتمل حدوثه. لذا، سنستبعد الخيار (ج).
في الخيار (د)، أصبحت الفجوة مشغولة بإلكترون. لكننا نلاحظ وجود فجوة جديدة بين إلكترونات التكافؤ الأربعة التي تشاركها ذرات السليكون المتجاورة. لكن هذه الفجوة لا تناظر موضع أي من إلكترونات التكافؤ في الشكل الأصلي. نلاحظ أن هذه الفجوة تقع هنا في هذا الشكل حيث لا يوجد إلكترون تكافؤ. وبما أنه لا يوجد إلكترون لمغادرة هذا الموضع في المقام الأول، فلن يظهر مكان فارغ فيه.
يقودنا هذا إلى خيار الإجابة (هـ)، حيث نرى أن الفجوة في الشكل الأصلي يشغلها الآن إلكترون. في كل موضع آخر ظهر في خيار الإجابة هذا، تظل إلكترونات التكافؤ في مكانها. إذن، الخيار (هـ) هو أفضل تمثيل لما سيحدث بعد فترة وجيزة من الحالة الموضحة في الشكل الأصلي. سيملأ الإلكترون الحر الفجوة في هذا الشكل الأصلي، وستكون النتيجة هي استعادة إلكترون تكافؤ في الموضع المشار إليه. وعليه، نختار الإجابة (هـ).
