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.