Utilisé en mécanique quantique, le terme bande de conduction fait référence à une zone d’orbitales combinées, ou une bande, pour les électrons d’une molécule. Contrairement à la bande de valence, la bande de conduction contient rarement des électrons. Dans les états excités, les électrons se déplaceront momentanément dans la bande de conduction avant de libérer leur énergie et de retomber dans les orbitales électroniques inférieures. Comprendre le comportement des électrons par rapport à cette bande est utile pour comprendre le comportement de diverses substances. En mécanique quantique, le concept de bande de conduction est abordé en théorie des bandes.
Les atomes sont arrangés avec des protons – des particules chargées positivement – et des neutrons – des particules neutres – regroupés au centre. Les électrons – de minuscules molécules chargées négativement – orbitent autour de l’amas central, de la même manière que les planètes du système solaire orbitent autour du soleil. Comme les planètes, les électrons ont des orbites fixes. Contrairement aux planètes, cependant, les électrons peuvent se déplacer sur une orbite différente s’ils gagnent suffisamment d’énergie.
Généralement, les électrons se trouvent dans les orbitales inférieures d’un atome. Les électrons rempliront toujours l’orbitale la plus basse en premier, ne se déplaçant vers la suivante que lorsque la première est remplie. Ce placement naturel est appelé l’état fondamental de l’atome.
Les électrons de valence d’un atome, ou ceux que l’on trouve généralement dans la bande la plus externe des orbitales de l’état fondamental, peuvent être partagés avec d’autres atomes. Dans les liaisons covalentes, les électrons de valence de plusieurs atomes partagent leurs orbitales. Les orbitales originales des électrons de valence se brouillent, créant une bande de valence dans la molécule.
Lorsque les électrons gagnent de l’énergie ou atteignent un état excité, ils peuvent se déplacer vers des orbitales plus élevées, situées dans la bande de conduction. Les électrons doivent avoir suffisamment d’énergie pour sauter par-dessus une zone non électronique, ou bande interdite, afin d’atteindre la bande de conduction. Puisque les électrons préfèrent finalement être à l’état fondamental, une fois dans la bande de conduction, ils libèrent de l’énergie sous forme de photons lumineux et retombent sur leurs orbitales de bande de valence. Le temps total pendant lequel un électron est dans la bande de conduction est inférieur à une seconde.
La capacité des électrons à atteindre la bande de conduction détermine la conductivité électrique d’un objet. Différentes substances ont différentes tailles de bande interdite, de sorte que certaines substances nécessitent moins d’énergie pour déplacer les électrons entre les orbitales. Par exemple, les conducteurs ont une petite bande interdite, de sorte que les électrons n’ont pas besoin de beaucoup d’énergie pour sauter cet espace minimal et atteindre la bande de conduction. C’est pourquoi les conducteurs sont idéaux pour conduire l’électricité. À l’inverse, les isolants ont une bande interdite très importante, ils nécessitent donc beaucoup plus d’énergie pour que les électrons fassent le saut et ne conduisent donc pas bien l’électricité.