Segons la mecànica quàntica, els nivells d’energia d’un electró en un àtom o molècula aïllats són discrets, és a dir, només són possibles uns certs valors de l’energia, essent impossible la resta. El mateix s’esdevé per a un gas en condicions normals de densitat i temperatura. En canvi, quan la matèria s’agrupa en un estat condensat , caracteritzat per una alta densitat (gas comprimit, líquid o sòlid), es produeix una interacció entre els àtoms que modifica els nivells d’energia dels electrons. Si hom considera el sòlid com a sistema cristal·lí perfecte, resulta que el potencial a què és sotmès un electró individual (potencial que prové dels nuclis distribuïts en la xarxa cristal·lina, dels electrons de la resta d’àtoms i de la força d’intercanvi) és periòdic. Segons la mecànica quàntica, això implica que les energies possibles d’un electró en el sòlid s’agrupin en bandes, formades per l’agrupació d’un nombre finit de nivells permesos. Entre dues d’aquestes bandes permeses hi ha una banda prohibida , constituïda per energies amb les quals no és possible trobar cap electró. Les bandes permeses són ocupades pels electrons per ordre creixent d’energies, tot atenent el principi d’exclusió de Pauli, fins que s’exhaureix el nombre d’electrons per àtom del sòlid. Segons l’estat d’ocupació dels nivells d’energia d’una banda parlem d’una banda buida, parcialment ocupada o plena ( saturada ). Amb aquesta teoria de bandes hom ha reeixit a explicar les propietats electromagnètiques dels sòlids. La banda d’energia més elevada s’anomena banda de conducció i la immediatament inferior, banda de valència . Un metall es caracteritza pel fet que té algun electró a la banda de conducció, essent la conductivitat conseqüència de la mobilitat dels electrons de conducció. Els aïllants i semiconductors tenen totalment ocupada la banda de valència. La conductivitat d’aquests darrers depèn de la possibilitat que, mitjançant un augment de temperatura, un electró ultrapassi la banda prohibida entre la banda de valència i la de conducció.
f
Física