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La figure montre un réseau d’atomes de silicium à une température de 300 kelvins. Laquelle des caractéristiques indiquées sur la figure est un électron libre ? Quelle est la charge effective relative de l’entité notée 𝐵 ?
Sur notre figure, les cercles rouges représentent les noyaux de silicium, et l’anneau bleu autour de chaque noyau représente les niveaux d’énergie des électrons inférieur au-dessous du niveau d’énergie de valence. En plus de ces caractéristiques, nous voyons ces petits points bleus et ceux-ci représentent des électrons dans la couche d’énergie de valence. Si notre réseau d’atomes de silicium était à une température de zéro absolu, zéro kelvin, alors tous les atomes de silicium intérieurs au réseau auraient un entourage complet de huit électrons de valence. Mais parce que notre réseau est à 300 kelvin, approximativement la température ambiante, suffisamment d’énergie thermique existe dans l’environnement pour être potentiellement absorbée par certains de ces électrons de valence et les libérer des atomes auxquels ils sont liés à l’origine.
C’est ce que nous voyons se produire dans les parties de notre figure notées 𝐵 et 𝐴. L’emplacement annoté 𝐵 est l’endroit où était un électron lié, un électron dans une couche de valence, alors que l’annotation 𝐴 identifie l’électron libéré de cet emplacement, appelé électron libre. Cela nous indique la réponse à la première partie de notre question. L’entité notée 𝐴 est l’électron libre. C’est le point bleu qui est maintenant en mouvement et libre de se déplacer dans le réseau.
La prochaine partie de notre question demande, quelle est la charge effective relative de l’entité notée 𝐵 ? Nous avons noté que 𝐵 indique l’emplacement où se trouvait l’électron. Comme un électron occupait cet endroit mais ne l’occupe plus, on appelle cela un trou ou une lacune. Si nous pensons à la charge électrique de cet endroit, nous la considérons par rapport à ce qu’elle était. Lorsque l’électron était présent avant qu’il soit libéré de l’atome, la charge effective de cet endroit était moins un, et c’est la charge effective d’un électron. Lorsque l’électron a été libéré de cet endroit, il a laissé un endroit non chargé.
Ici, nous voulons comprendre quelle est la charge de cela par rapport à sa charge initiale de moins un. Nous pouvons voir que pour passer d’une charge de moins un à une charge de zéro, nous devons ajouter plus un. C’est alors la charge effective relative de la lacune. Comparé à ce qui était présent auparavant, la charge d’un trou, ou d’une lacune, est plus un.
