۳-۴-۷-۱-۱- در فلزات
یک فلز شامل یک شبکه از اتمها با پوستهای از الکترونها است. الکترونهای بیرونیتر آزادند تا از اتمهای پایه جدا شده و در طول شبکه حرکت کرده و دریایی از الکترونها را تولید کنند که سبب رسانایی یک فلز می شود. وقتی یک اختلاف پتانسیل (یک ولتاژ) در طول فلز بکار برده شود، الکترونها تحت تاثیر میدان الکتریکی از یک انتهای رسانا به طرف دیگر سوق پیدا می کنند.
در حدود دمای اتاق، حرکت گرمایی یونها منشاء اصلی پراکندگی الکترونها بوده و بنابراین علت اصلی مقاومت فلز میباشد.
همچنین عیوب و ناکاملیهای شبکه در مقاومت سهیم میباشند؛ گرچه سهم آنها در فلزات خالص قابل صرفنظر است. در سطح مقاطع بزرگتر الکترونهای بیشتری جهت حمل جریان در دسترساند، بنابر این مقاومت کمتر میباشد.
در رساناهای طویلتر پدیده های پراکنندهی بیشتری در مسیر هر الکترون در طول ماده رخ داده و در نتیجه مقاومت را افزایش میدهد. همچنین تغییر نوع ماده بر مقاومت تاثیر می گذارد.
۳-۴-۷-۱-۲- در نیمههادیها و عایقها
در فلزات سطح فرمی در نوار رسانش قرار دارد. در نیمههادیها موقعیت سطح فرمی در نوار گاف انرژی، تقریباً در وسط مینیمم نوار رسانش و ماکزیمم نوار ظرفیت (برای نیمههادیهای ذاتی بدون ناخالصسازی) قرار دارد؛ به این معنا که در صفر کلوین هیچ الکترون آزاد رسانشی وجود ندارد و مقاومت بینهایت است.
با افزایش چگالی حاملهای بار در نوار رسانش، مقاومت بطور پیوسته کاهش مییابد. در نیمههادیهای ناخالصسازی شده، اتمهای دوپ شده غلظت حاملهای بار اکثریت را با الکترونهای دهنده به نوار رسانش یا حفرههای پذیرنده در نوار ظرفیت افزایش می دهند. برای هر دو نوع اتمهای دهنده و گیرنده افزایش چگالی اتمهای دوپ شده منجر به کاهش مقاومت میگردد. نیمرساناهایی که زیاد ناخالصسازی شده اند، مانند فلزات رفتار می کنند. در دماهای خیلی بالا سهم حاملهای تولید شده گرمایی بر سهم اتمهای دوپ شده غالب بوده و مقاومت با دما بصورت نمایی کاهش خواهد یافت.
۳-۴-۷-۱-۳- در مایعات یونی/الکترولیتها
در الکترولیتها رسانایی الکتریکی از طریق الکترونها یا حفرهها ایجاد نمیگردد، بلکه با حرکت گونه های اتمی (یونها) که هرکدام یک بار الکتریکی را حمل می کنند، رخ میدهد. مقاومت ویژهی مایعات یونی بطور زیادی با غلظت تغییر می کند. در حالیکه آب مقطر تقریباً یک عایق است، آب نمک یک رسانای الکتریکی بسیار کارآمد میباشد.
در جدول (۳-۲) مقاومت الکتریکی تقریبی در مواد مختلف آورده شده است:
جدول (۳-۲) مقاومت ویژهی تقریبی مواد مختلف
ماده | مقاومت ویژه(ρ) (اهم-متر) |
فلزات | ۸-۱۰ |
نیمههادیها | متغیر |
الکترولیتها | متغیر |
عایقها | ۱۰۱۶ |
ابررساناها | ۰ |
۳-۵- برخی از خواص و تعاریف در حوزه رسانش در مواد با مقیاس ریز
۳-۵-۱- چگالی حالات سیستمهای نانومقیاس
برای نیمههادیهایی با ابعاد نانویی در ۳، ۲، ۱ و صفر بعد، چگالی حالات متفاوت میباشد، که برای حالت سه بعدی در بخشهای قبل روابط ذکر گردید. جدول زیر انرژی جنبشی و چگالی
حالات در همه ابعاد را نمایش میدهد:
جدول (۳-۳) انرژی جنبشی و چگالی حالات برای ابعاد مختلف مواد نیمههادی [۳۶]
در شکل (۳-۳) نیز نمایشی از ابعاد به همراه نمودارهای چگالی حالات بصورت تابعی از انرژی سیستم آورده شده است:
شکل (۳-۲) نمایشی از ابعاد مواد نیمههادی و نمودارهای چگالی حالات آنها [۳۶]
که برای حالت دو بعدی یعنی حالتی که یک بعد در مقیاس نانومتریست دیوارهی کوانتمی دوبعدی با طول L تصور میگردد، که عدم وابستگی به انرژی قابل اهمیت میباشد .
برای حالت یک بعدی نیز دیدگاهی مشابه در یک بعد دنبال شده که مثالی از این حالت، نانوسیم میباشد .