電子でぎっしりなのに、ダイヤは透明
「量子物理学入門」のレッスン 9 / 10・約6分
電子がぎっしり詰まっているのに、ダイヤやガラスは光を通し、銅は光を跳ね返します。違いを決める「すき間」が、LEDの色と半導体を生みました。
このレッスンで学ぶこと
- 光の粒とすき間の比べっこで、透明かどうかとLEDの色が決まる
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用語
- LED（Light-emitting diode）
- 電気で光る半導体素子。発光ダイオードとも呼ばれ、電子がすき間を落ちる際光を出す。
- 光子（Photon）
- 光を構成する粒。1粒のエネルギーは色で決まり、紫ほど大きく赤ほど小さい。
- 結晶（Crystal）
- 原子が規則正しく繰り返し並んだ固体。
- 金属（Metal）
- 一番上の帯が途中まで埋まり、すぐ上に空席がある素材。電気をよく通す。
- バンド（Energy band）
- 結晶内の電子が取るエネルギーの範囲。細かい段が集まり帯に見える。
- 半導体（Semiconductor）
- すき間が小さい素材。普段は電気を通しにくいが、熱や光で通すようになる。
- 絶縁体（Insulator）
- 電気を通しにくい素材。下の帯が満席で、空席が大きなすき間の先にある。
- 電子ボルト（Electronvolt (eV)）
- 電子や光の粒1個分のエネルギーを表す極小の単位。
- 窒化ガリウム（Gallium nitride (GaN)）
- ガリウムと窒素の半導体。すき間は約3.4電子ボルトで、そのままでは紫外線を出す。
- バンドギャップ（Band gap）
- 帯の間にある、電子が入れないエネルギーのすき間。
- \lambda \approx 1240 / E（LED wavelength from the band gap）
- すき間の大きさから、LEDが出す光の波長がわかる目安の式。 - $\lambda$ … 光の波長（ナノメートル） - $E$ … すき間の大きさ（電子ボルト）