Беседы об информатике

Только не надо впадать в очень распространенную ошибку, которая, к сожалению, встречается даже в весьма солидных изданиях, в том числе и в учебниках. В чем состоит эта ошибка? В том, что происшествие с дыркой описывается примерно так. Вот стоит пассажир (электрон), и перед ним — свободное место (дырка). Пассажир делает шаг вперед, и дырка оказывается за ним, перед следующим пассажиром. Следующий пассажир делает шаг вперед, оставляя после себя дырку, и т. д. Другими словами, шеренга пассажиров движется по линейке (вдоль траектории), и тот же самый путь, но в обратном направлении совершает дырка.

Картина, несомненно, привлекательная своей стройностью и определенностью, но так никогда не бывает даже в трамвае. Где вы видели, чтобы разновозрастные, разнохарактерные, по-разному одетые пассажиры вдруг превратились в солдат, шагающих по команде? Ничего подобного. Кто-нибудь, пожалуй, шагнет вперед, другой посторонится, чтобы дать ему пройти, третий отступит назад, туда, где притулилась его спутница, разлученная с ним толпой. Наконец, если вдруг среди пассажиров окажется человек воспитанный, он уступит место даме, и тогда эта дама, ранее участвовавшая в общем движении, вообще выйдет из игры, а вместо нее возникнет новый персонаж с новыми свойствами.

Так же все происходит и в мире электронов. Если в валентной зоне образовался хотя бы один свободный энергетический уровень, все до единого находящиеся там электроны совершают сколь угодно сложные манипуляции. Они в том числе могут исчезать и рождаться вновь. Электроны и вообще элементарные частицы очень любят исполнять такие трюки с исчезновением. Разумеется, подчиняясь при этом определенным законам. Пытаться проследить (хотя бы мысленно) за эволюцией отдельного электрона — задача безнадежная. Поэтому правильное описание изученного нами процесса может звучать только таким образом: при наличии в валентной зоне хотя бы одного свободного места и наличии побудительной причины, заставляющей электроны иметь некоторое преимущественное направление вектора среднего импульса, электроны начинают совершать чрезвычайно сложные манипуляции. Имеется единственная возможность описать эти манипуляции. Она состоит в том, чтобы ввести в рассмотрение некоторый объект — дырку. В описанных условиях дырка имеет импульс, равный по абсолютной величине и направленный противоположно среднему импульсу электрона.

У нас есть большая просьба к читателю. Часто дырку пытаются считать некоторым мысленным, как бы несуществующим объектом в отличие от электрона — объекта реального. Наш пример с трамваем должен убедить, в обратном. Дырка столь же реальна, как и электрон, ее поведение подчиняется строгим законам. Ведь не будете же вы считать несуществующим пузырек воздуха в воде или отверстие в сложной механической детали.

Когда вблизи задней двери трамвая образуется свободное место, кто-то, стоящий на остановке, может войти в вагон. Если к тому же некто, стоящий у передней двери, при этом выйдет, то мы можем утверждать, что пассажир (обезличенный) проник сквозь вагон. Причем сделал это мгновенно: передний выходил в то самое время, когда садился задний. Еще раз уподобив пассажиров электронам, мы получим все основания утверждать, что сквозь вагон прошел электрический ток. А обеспечила прохождение электрического тока дырка.

Итак, валентная зона кристалла, если в ней имеется хотя бы один не занятый электроном энергетический уровень, способна проводить электрический ток. Прохождение тока обеспечивается дырками. Поскольку при наличии одной и той же побудительной причины (для электронов такой побудительной причиной является электрическое поле) импульс дырки оказывается направленным в сторону, противоположную среднему импульсу электронов, есть все основания считать дырку положительно заряженным объектом.

Оговоримся еще раз — да простит нас читатель за надоедливость! — не надо представлять себе электроны и дырки движущимися внутри кристалла. Мы вообще не можем представить себе электроны. Для этого у нас пока еще не хватает изобразительных средств. Но если уж во что бы то ни стало пытаться нарисовать картину, то гораздо более близкой к истине, хотя тоже неверной, будет такая. Пассажир входит в заднюю дверь трамвая и исчезает. Исчезает потому, что у нас просто нет возможности проследить его судьбу в этом потном и жарко дышащем переплетении тел. Но в тот же самый момент родится пассажир, выходящий через переднюю дверь. Такова, как говорят ученые, наиболее адекватная картина прохождения электрического тока через кристалл.

Не зря мы назвали наш трамвай кошмарным. Что еще можно сказать о трамвае, заглатывающем пассажиров, которые затем исчезают? Внимание! Настоящие кошмары еще только начинаются! Мы совсем забыли о спортсмене, вылезшем на крышу. Благодать! Свежий ветерок, солнышко, а главное, полнейшая свобода: иди куда хочется. А поскольку есть побудительная причина, скажет проницательный читатель, то спортсмен бодрым шагом двинется в направлении к передней части вагона.