Vom Molekül zum Festkörper

Zusammenfassung

Wir haben uns bisher mit der Quantentheorie der Moleküle befaßt. Die Elektronen befanden sich in „gebundenen“ Zuständen, was zu diskreten Energieniveaus führte. In einem Festkörper bewegen sich die Elektronen in einem gitterperiodischen Potential, d.h. in einem Potential mit Translationssymmetrie.¹ Das führt zur Ausbildung von „Bändern“ aus kontinuierlichen Energieniveaus, zwischen denen sich „verbotene“ Energiebereiche befinden. Üblicherweise leiten die Physiker diese Bandstruktur ab, indem vom freien, nichtwechselwirkenden Elektronengas ausgegangen und dann das periodische Potential sowie die Elektronenwechselwirkung „zugeschaltet“ wird.² Das alternative und den Chemikern näherliegende Vorgehen besteht darin, Atomorbitale — in Analogie zur Bildung von Molekülorbitalen — zu Kristallorbitalen zu kombinieren, die sich über den gesamten Festkörper erstrecken.