Domanda: Discutere brevemente differenze e analogie tra fotoni e fononi. Si suggerisce di consultare la Sezione 19.2

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1 Verifica dei Concetti 21.1 Domanda: Discutere brevemente differenze e analogie tra fotoni e fononi. Si suggerisce di consultare la Sezione 19.2 Risposta: Le similarità fra fotoni e fononi sono: 1) Entrambi possono essere descritti come onde presenti in natura. 2) L energia è per entrambi quantizzata. Le differenze fra fotoni e fononi sono: 1) I fononi sono onde elastiche che si trovano all interno dei solidi. I fotoni sono pacchetti di energia elettromagnetica che possono trovarsi nei solidi, ma anche in altri mezzi. Le velocità dei fotoni e dei fononi sono notevolmente diverse. La velocità di un fotone è la stessa che assume la luce in quel particolare mezzo, mentre la velocità di un fonone è quella del suono.

2 Verifica dei Concetti 21.2 Domanda: Le radiazioni elettromagnetiche possono essere trattate in modo classico o secondo la meccanica quantistica. Confrontare brevemente questi due punti di vista. Risposta: Secondo la teoria classica, le radiazioni elettromagnetiche hanno carattere ondulatorio, e le energie che la radiazione può assumere variano in modo continuo. Secondo la teoria quantistica, le radiazioni elettromagnetiche hanno un doppio carattere (ondulatorio e particellare) e non possono assumere tutte le energie possibili (vale a dire che l energia è quantizzata)

3 Verifica dei Concetti 21.3 γ? Domanda: Perché i metalli sono trasparenti alle radiazioni di alta frequenza come i raggi X e Risposta: I metalli sono trasparenti alle radiazioni di alta frequenza X e γ poiché le energie di questi tipi di radiazioni sono maggiori di quelle della luce visibile; le eccitazioni elettroniche corrispondenti a queste energie (che portano ad assorbire energia) non sono possibili in quanto le energie per tali transizioni cadrebbero all interno di una banda di separazione energetica situata oltre la banda di energia parzialmente riempita più alta.

4 Verifica dei Concetti 21.4 Domanda: Quali dei seguenti ossidi, se aggiunti alla silice fusa (SiO 2 ), ne aumentano l indice di rifrazione: Al 2 O 3, TiO 2, NiO, MgO? Perché? Può essere di aiuto la tabella Risposta: Nei materiali ionici, più è grande la dimensione degli ioni componenti maggiore è il grado di polarizzazione elettronica. Consultando la Tabella 12.3 si trova che gli ioni Al 3+, Ti 4+, e Mg 2+ sono di dimensioni più grandi dello ione Si 4+ (0.053, 0.061, 0.069, e nm, rispettivamente, rispetto a nm), per cui se vengono aggiunti alla SiO 2 ne aumentano, tutti, l indice di rifrazione.

5 Verifica dei Concetti 21.5 Domanda: I semiconduttori elementari silicio e germanio sono trasparenti alla luce visibile? Perché o perché no? Suggerimento: puoi consultare la Tabella Risposta: Si può stabilire se Si e Ge sono o no trasparenti alla luce visibile, sulla base delle loro energie di banda di separazione. La Tabella 18.3 riporta come valori di banda di separazione 1.11 e 0.67 ev, rispettivamente. In accordo con l equazione 21.16b, i semiconduttori che hanno energie di lacuna di banda inferiori a circa 1.8 ev, sono opachi alla luce visibile. Sia Si che Ge ricadono in questa categoria, per cui tutta la luce visibile viene assorbita dalle transizioni elettroniche dalla banda di valenza alla banda di conduzione attraversando le rispettive lacune di banda, sufficientemente strette.

6 Verifica dei Concetti 21.6 Domanda: Confrontare quei fattori che determinano i colori caratteristici dei metalli e dei nonmetalli trasparenti. Risposta: Il colore caratteristico di un metallo viene determinato dall insieme delle lunghezze d onda delle radiazioni di luce non assorbite, che vengono riflesse. Il colore caratteristico di un non metallo trasparente viene determinato dall insieme delle lunghezze d onda delle radiazioni di luce non assorbite, che vengono trasmesse attraverso il materiale.

7 Verifica dei Concetti 21.7 Domanda: Il semiconduttore seleniuro di zinco (ZnSe), che ha una lacuna di banda di 2.58 ev, è fotoconduttivo se esposto alle radiazioni di luce visibile?perché o perché no? Risposta: Il seleniuro di zinco, avendo una lacuna di banda di 2.58 ev, è fotoconduttivo. Per essere fotoconduttivo, gli elettroni devono essere eccitati dalla banda di valenza a quella di conduzione mediante assorbimento della radiazione di luce. In accordo all equazione 21.16a, l energia di lacuna di banda massima per cui vi può essere assorbimento della luce visibile è 3.1 ev; poiché l energia di lacuna di banda del ZnSe è inferiore a questo valore, si può verificare transizione elettronica dalla banda di valenza alla banda di conduzione per fotoinduzione.