Energia ansamblid
Metallid
Valentselektronid, mis teistes ainetes tekitavad sidemeid üksikute aatomite või väikeste aatomirühmade vahel, jagunevad võrdselt kõigi aatomite vahel metallitükis. Need delokaliseeritud elektronid on seega võimelised liikuma üle terve metallitüki ja tagama metallide läike ning metallide ja sulamite hea elektri- ja soojusjuhtivuse. Ribateooria selgitab, et sellises süsteemis asendatakse individuaalsed energiatasemed pideva piirkonnaga, mida nimetatakse ribaks, nagu joonisel näidatud vaskmetallide olekutiheduse diagrammil. Sellel diagrammil on näha, et elektronide arv, mida saab iga energiaga riba kasutada, varieerub; vases arv väheneb, kui riba läheneb elektronide täitmisele. Vase elektronide arv täidab riba näidatud tasemele, jättes suurema tühjenemise korral tühja ruumi.
Kui energiariba ülaosa lähedal neelab valguse footon, tõstetakse elektron riba sagedusalas kõrgemale saadaolevale energiatasemele. Valgus neelab nii intensiivselt, et see suudab tungida vaid mõnesaja aatomi sügavusele, tavaliselt alla ühe lainepikkuse. Kuna metall on elektrijuht, kutsub see neeldunud valgus, mis on ju elektromagnetiline laine, metalli pinnale vahelduvaid elektrivoolusid. Need voolud meenutavad footoni kohe metallist välja, tagades lihvitud metallpinna tugeva peegelduse.
Selle protsessi tõhusus sõltub teatud valikureeglitest. Kui neeldumise ja remissiooni efektiivsus on kõigis optilistes energiates ligikaudu võrdne, peegelduvad valges valguses olevad erinevad värvid võrdselt hästi, mis viib poleeritud hõbe- ja raudpindade hõbedase värvuni. Vase puhul peegeldumise efektiivsus väheneb energia suurenemisega; vähendatud peegelduvus spektri sinises otsas annab punakasvärvi. Sarnased kaalutlused selgitavad kulla ja messingi kollast värvi.
Puhtad pooljuhid
Mitmete ainete korral ilmub olekutihedusskeemile ribavahe (vt joonis). See võib juhtuda näiteks siis, kui puhtas aines on keskmiselt täpselt neli valentselektroni aatomi kohta, mille tulemuseks on täiesti täis alumine riba, mida nimetatakse valentsribaks, ja täpselt tühi ülemine riba, juhtivusriba. Kuna kahe riba vahel ei ole elektronide energiataset, vastab madalaim neelatav energiavalgus joonisel noolele A; see tähistab elektroni ergastamist valentsriba ülaosast kuni juhtivusriba alani ja vastab ribalaiuse energiale tähisega E g. Samuti võib neelata mis tahes kõrgema energia valgust, nagu näitavad nooled B ja C.
Kui ainel on suur ribavahe, näiteks 5,4 eV teemanti, siis nähtava spektri valgust ei saa absorbeerida ja aine näib puhast värvi värvitu. Sellised suured ribalaiusega pooljuhid on suurepärased isolaatorid ja neid käsitletakse tavaliselt ioonsete või kovalentselt seotud materjalidena.
Kaadmiumkollase pigmendi (kaadmiumsulfiid, tuntud ka kui mineraal-greenockite) ribavahemiku vahe on 2,6 eV, mis võimaldab violetse ja mõne sinise, kuid mitte ühegi teise värvi neeldumist. See annab selle kollase värvuse. Mõnevõrra väiksem ribavahe, mis võimaldab violetse, sinise ja rohelise imendumist, annab oranži värvi; veel väiksem ribavahe nagu pigmendi vermilioni (elavhõbedasulfiid, mineraalkinnus) 2,0 eV korral põhjustab kõiki energiaid, kuid punane imendub, mis põhjustab punast värvi. Kogu valgus neeldub, kui ribalaiuse energia on väiksem kui nähtava spektri 1,77-eV (700-nm) piir; kitsad ribalaiusega pooljuhid, näiteks pliisulfiidgalena, neelavad seetõttu kogu valguse ja on mustad. See värvitu, kollase, oranži, punase ja musta värvi jada on puhastes pooljuhtides saadaolev täpne värvivalik.
Dopedeeritud pooljuhid
Kui pooljuhis (mida seejärel nimetatakse legeerituks) on lisandite aatom, mida sageli nimetatakse lisandiks, ja selle valentselektronite arv on erinev kui aatomil, mida see asendab, võib ribavahe moodustada lisaenergiatasemeid. Kui lisandil on rohkem elektrone, näiteks lämmastikusisaldusega lisandit (viis valentselektroni) teemandikristallis (koosneb süsinikest, millest kõigil on neli valentselektroni), moodustub doonori tase. Sellel tasemel olevad elektronid võivad footonite neeldumisega erutuda juhtivusribasse; see ilmneb lämmastiku lisamisega teemandi spektri ainult sinises otsas, mille tulemuseks on täiendav kollane värv. Kui lisandil on vähem elektrone kui aatomil, mida see asendab, näiteks boorilisandil (kolm valentselektroni) teemandis, moodustub augu tase. Nüüd saab footoneid absorbeerida elektronide ergastamisega valentsribast augu tasemele. Boorilisandiga teemandil toimub see ainult spektri kollases otsas, mille tulemuseks on sügavsinine värv nagu kuulsas Hope'i teemandis.
Mõned materjalid, mis sisaldavad nii doonoreid kui ka vastuvõtjaid, võivad ultraviolett- või elektrienergiat absorbeerida, et tekitada nähtavat valgust. Näiteks kasutatakse luminofoorlampides kattekihina fosforipulbreid, nagu näiteks vase ja muid lisandeid sisaldav tsinksulfiid, elavhõbekaare tekitatud rikkaliku ultraviolettenergia muundamiseks fluorestsentsvalguseks. Fosforid kasutatakse ka televiisori ekraani sisemuse katmiseks, kus neid aktiveerib elektronide (katoodkiirte) voog katodoluminestsentsil, ja helendavates värvides, kus neid aktiveerib valge valgus või ultraviolettkiirgus, mis põhjustab nende kuvab aeglast valgust lagunemist, mida nimetatakse fosforestsentsiks. Elektroluminestsents tuleneb elektrilisest erutusest, näiteks kui fosforipulber ladestub metallplaadile ja kaetakse valgustuspaneelide saamiseks läbipaistva juhtiva elektroodiga.
Injektsioon-elektroluminestsents toimub siis, kui kristall sisaldab ristmikku erinevalt legeeritud pooljuhtide piirkondade vahel. Elektrivool tekitab üleminekuid ristmike piirkonnas olevate elektronide ja aukude vahel, vabastades energia, mis võib ilmneda peaaegu monokromaatilise valguse kujul, nagu näiteks valgust kiirgavates dioodides (LED-id), mida kasutatakse laialdaselt elektroonikaseadmete kuvarites. Sobiva geomeetria korral võib kiirgav valgus olla ka ühevärviline ja koherentne nagu pooljuhtide laserites.
