Techniklexikon

Elektronendichte

Maß für die Anzahl der Leitungselektronen je Volumeneinheit. Die E. n wird üblicherweise als Zahl der Elektronen je cm3 angegeben. Bei Eigenleitung ist n = n„ bei Störstellenleitung ist n etwa gleich der Dichte der Donatoren ND. FestkörperphysikAtom- und Molekülphysik, 1) Atomphysik: Aufenthaltswahrscheinlichkeit eines Elektrons an einem bestimmten Punkt im Atom bzw. Molekül (Atomhülle). Bei lokalisierten Bindungen ist sie auf Atomorbitale bzw. Molekülorbitale begrenzt. Sie ist dem Quadrat der Wellenfunktion des Elektrons proportional und wird graphisch als Elektronendichteverteilung bzw. als Wahrscheinlichkeitsfunktion (Schalenmodell) dargestellt. Eine Anregung von Elektronen aus dem Grundzustand ist nur durch Zufuhr diskreter Energiepakete möglich, die der Energiedifferenz zu höher gelegenen, unbesetzten Orbitalen entspricht.

2) Festkörperphysik: Elektronenverteilung in der Hülle isolierter Atome oder um die Atomrümpfe eines Kristallgitters. In Kristallen spiegelt die Elektronenverteilung die Gittersymmetrie wieder, so dass r(r) invariant ist gegen Symmetrie-Translationen mit jedem Translationsvektor t:r(r + t) = r(r)

Da einfallende elektromagnetische Strahlung an den Elektronen gestreut wird, bestimmt die Elektronendichte die Strukturamplitude bei der Beugung von Röntgenstrahlen an Kristallen (Röntgenbeugung). Entwickelt man r(r) in eine Fourier-Reihe nach Vektoren g des reziproken Gitters:

so sind die Entwicklungskoeffizienten

bis auf das Volumen V_z einer Elementarzelle gleich den Beträgen der Strukturamplituden .

An dünnen Schichten kann die Elektronendichteverteilung auch durch Anwendung der Elektronen- und der Neutroneninterferenz bestimmt werden. Bei delokalisierten Bindungen, wie sie in Metallen vorliegen (metallische Bindung), ist die Elektronendichte der Leitungselektronen im homogenen positiven Medium der Metallgitterionen als Elektronengas (freie Elektronen) verteilt (Elektronengasmodell, klassisches). Die nichtlokalisierten Elektronen besetzen Zustände in Leitungsbändern, innerhalb derer sie durch geringe thermische oder elektrische Energiezufuhr leicht in höhere unbesetzte Zustände wechseln können.

Elektronendichte: Elektronendichte [Å^-3] als Höhenlinien in der (100)-Ebene eines kubisch-flächenzentrierten NaCl-Kristalls.