Benutzer:DAsia/Ladungstransfer
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Ein Ladungstransfer ist die räumliche Verschiebung einer Nettoladung. Damit verknüpft ist ein zeitlich veränderndes Dipolmoment, d.h. eine Änderung des elektro-statischen Potentials. Makroskopisch spricht man von Ladungstransport und einem resultierenden Strom bzw. von einem Energietransport auf Grund einer Potentialänderung.
Nettoladung
Jeder Träger einer Ladung kann zum Ladungstransfer beitragen. Mikroskopisch sind dies alle nicht-neutralen Elementarteilchen und den darauf aufbauenden Einheiten. Die fundamentalen Eigenschaften von Elementarteilchen und deren Transfer sind Bestandteil der Elementarteilchenphysik, die i.A. als Einzelpartikel nicht hinreichend lang existieren. Für die Naturwissenschaften und technologische Anwendungen sind folgende Ladungsträger relevant:
- Elektronen - negativ geladene Elementarteilchen
- Löcher, bzw. Löcherleitung - formal unbesetzte Elektronenzustände, die mathematisch als positiv geladene Elektronen behandelt werden.
- Protonen (aus Elementarteilchen zusammengesetzt)
- Ionen - aus Elektronen, Neutronen und Protonen zusammengesetzte Objekte (Cluster, Moleküle, ...) mit einer bei Protonenueberschuss positiven und bei Elektronenueberschuss negativen Gesamtladung.
Ladungstransfer
Der Ladungstransfer durch Elektronen bzw. Loechern ist gegenueber Nukleonen, aus denen primaer die Masse von aller Materie herruehrt, quasi masselos und daher relevant fuer alle Materialien. Auf Grund der geringen Elektronenmasse wird hinzugefuehrte Energie fast ausschliesslich in die kinetische Energie statt Traegheitsenergie umgesetzt. Daher ist i.A. ein Elektronentransfer sehr schnell (z.B. m/s fuer Graphene) setzt aber Grenzen bzgl. die Energiespeicherung und der raeumlichen Lokalisierung (Heisenbergsche Unschaerferelation). Dagegen ist der Ladungstransport ueber Protonen und Ionen verbunden mit einem Massetransport und einer Aenderung der materiellen Struktur. Daher sind Ladungstransfergeschwindigkeiten deutliche geringer, andererseits kann Energie zwischengespeichert werden (z.B. Batterie). Da ferner Protonen und Ionen, anders als Elektronen, keine Punktladungen sind, setzt das Medium, in denen sich die Ladung befindet, eine gewisse Elastizitaet oder offene Kanaele voraus.
In Festkoerpern ist der Elektronentransfer und speziell in der Halbleitertechnologie die Löcherleitung technologisch relevant fuer den Stromtransport.
In der Formation von zusammenhaengenden Agglomeraten (Atome, Molekuele, Cluster etc.) insbesondere in der Chemie sind sowohl Elektrontransfer, Protonen- als auch Ionentransport zentral.
In biologischen Systemen hat der Energietransport durch Ionen und Protonen ueber grosse raeumliche Distanzen eine wichtige Funktion.
