質問: エネルギー準位の縮退に関して 現在、半導体物性を勉強中の初心者です。 この中で、「縮退」という言葉の定義がいまいち理解できずに苦しんでいます。 縮退が解ける、6重縮退している、などは、どのような現象だと理解すればいいのでしょうか? 勉強不足であいまいになり申し訳ないですがご回答いただけますでしょうか?
回答: 複数のエネルギー準位が一つの準位に縮退すると言った言い方をしますが、半導体であれば隣り合う原子との最外殻電子の準位が縮退すると言ったものになります。 もともと、別々の準位だったものが、原子を近づけて行った時に最外殻電子同士の軌道が重なり合います。そのとき、原子aの電子と原子bの電子が原子間を行き来できるようになり、電子の区別ができません。 この時、電子aと電子bのエネルギー準位が同じレベルで、原子の束縛の垣根を超えて自由に移動できるようになります。この時のエネルギー準位は、個々の原子によるエネルギーの準位では無く、ある一つの重なり合ったエネルギー準位(一つのエネルギー準位のようになる)に電子が存在するようになります。 つまり、半導体では電子が存在できる順位が別れていると、遷移する際に吸光や発光などのエネルギーの授受が必要になります。しかし、縮退した順位であれば複数の電子が同じエネルギー準位です。ですので、自由電子と言われるのは、原子の数だけ縮退した準位に電子が原子の数だけあると言うイメージです。