ઊર્જાપટ્ટ સિદ્ધાંત

January, 2004

ઊર્જાપટ્ટ સિદ્ધાંત (Band Theory) : ઘન પદાર્થના ઇલેક્ટ્રૉનની ગતિ માટે ક્વૉન્ટમ-યંત્રશાસ્ત્રનો સિદ્ધાંત. તેના નામ અનુસાર તે ઘન પદાર્થમાં આવેલા ઇલેક્ટ્રૉનની ઊર્જાની મર્યાદિત અવધિ (restricted range) અથવા પટ્ટાનું પૂર્વસૂચન (prediction) કરે છે. ઊર્જાપટ્ટ સિદ્ધાંત ઘન પદાર્થના વૈદ્યુત તથા ઉષ્મીય ગુણધર્મોને સ્પષ્ટ કરે છે. ટ્રાન્ઝિસ્ટર, તાપન-સાધનો (heating elements) અને ધારિત્ર (capacitors) જેવાં ઘણાં સાધનોની ટેક્નૉલૉજી માટે આ સિદ્ધાંત પાયારૂપ છે. ધારો કે ઘન પદાર્થના પરમાણુ પારસ્પરિક પ્રક્રિયા ન કરી શકે તેટલા એકબીજાથી દૂર આવેલા છે. આ સંજોગોમાં પ્રણાલીના ઇલેક્ટ્રૉનના ઊર્જાસ્તર, વૈયક્તિક (individual) મુક્ત પરમાણુની લાક્ષણિકતા ધરાવે છે. આમ ઘણા ઇલેક્ટ્રૉનની ઊર્જા એકસરખી રહે છે. હવે પરમાણુઓને ધીમે ધીમે એકબીજાની નજીક લાવીએ તો તેમની વચ્ચેનું અંતર ઘટવાથી બહારની કક્ષામાં રહેલા ઇલેક્ટ્રૉન વચ્ચે પારસ્પરિક પ્રક્રિયાનો પ્રારંભ થાય છે. તેને કારણે તેમની ઊર્જામાં ફેરફાર થઈને સ્પષ્ટ (sharp) ઊર્જાસ્તરનું તેની શક્ય અવધિમાં વિસ્તરણ થાય છે તેને ઊર્જાપટ્ટ કહે છે. બહારની કક્ષાના અથવા વેલેન્સ-ઇલેક્ટ્રૉન માટે, આવા ઊર્જાપટ્ટના નિર્માણની અપેક્ષા રાખી શકાય. પરમાણુસ્તરનું ઊર્જાપટ્ટમાં રૂપાંતર થયા પછી વેલેન્સ ઇલેક્ટ્રૉન, તે જ પરમાણુમાં બંધાયેલા (Restricted) રહેતા નથી; પરંતુ એક પરમાણુથી બીજા પરમાણુ તરફ સરળતાથી કૂદવા લાગે છે. ઊર્જાપટ્ટ જેમ વધારે વિસ્તૃત થાય તેમ કૂદવાની ક્રિયા બળવત્તર બને છે. પ્રકાશના ફોટૉન, શક્તિશાળી ઇલેક્ટ્રૉન, ઍક્સ-કિરણો વગેરે સાથે પારસ્પરિક ક્રિયા અનુભવતા ઘનમાં થતા ઊર્જાના ફેરફારનો અભ્યાસ ઊર્જાપટ્ટ સિદ્ધાંતની ઉપયોગિતા સાબિત કરે છે.

શિવપ્રસાદ મ. જાની