Félfém (szilárdtestfizika)
A szilárdtestfizikában és az anyagtudományban félfémnek nevezzük azokat az anyagokat, melyek sávszerkezetében a vegyértéksáv és a vezetési sáv kissé átfed.

A felvezetők tiltott sávja jellemzően 1–4 eV körüli, a szigetelőké pedig ennél nagyobb. A félfémes anyagokban ez azonban nulla a megengedett sávok átfedése miatt. Nem mondható viszont, hogy a félfémek vezetési jellege fémes, ugyanis ezekben a sávok kicsi átfedése miatt a Fermi-szint körül kicsi az állapotsűrűség. A félfémek tehát köztes esetet képeznek a fémek és a félvezetők között.

Fizikai jellemzők 
Mivel a fémekhez képest a félfémekben kevesebb a töltéshordozó, elektromos és hővezetésük is gyengébb. Szintén az állapotsűrűség függvény sajátos jellegéből adódóan mind elektronjaik, mind elektronlyukaik effektív tömege kicsi (valójában a széles megengedett sávok hajlamosabbak az egymással való átfedésre és a kis effektív tömegre is). Továbbá gyakran diamágneses tulajdonságúak és jellemzőek nagy a dielektromos állandójuk.

Vezetési jellemzőik hőmérsékletfüggése a fémekéhez hasonló abban, hogy a hőmérséklet emelkedése a vezetőképesség csökkenésével jár, ugyanis egyre erősödik bennük a fononokon való szóródás. Viszont a félfémekben elektron és lyuk jellegű töltéshordozók is részt vesznek a vezetésben, mely egyébként a félvezetőkre jellemző.

A fémek 0 K közelében véges vezetőképességűek, ugyanis ezekben a Fermi-szint nagy állapotsűrűségű helyen van. Ellenben félvezetőkben és szigetelőkben nagyon alacsony hőmérsékleten nullára esik le a vezetőképesség, a termikus gerjesztés csökkenése ugyanis "befagyasztja" a töltéshordozókat. A félfémek, mivel kis hőmérsékleten is nemnulla vezetőképességűek, ebben a jellemzőjükben is inkább a fémekhez hasonlítanak.

Félfémes anyagok 
A legismertebb félfémek az arzén, az antimon, a bizmut, az α-ón és a grafén (azaz a hatszöges grafitrács egyatomos rétege). Félfémes vegyület például a higany-tellurid (HgTe).

Bizonyos körülmények között egyes anyagok tranziens félfémes jelleget mutathatnak, továbbá megfigyelték egyes vezető polimerek félfémes jellegét is.

A végtelen grafén különleges jellemzője, hogy félfémes jellegét az első Brillouin-zóna határán a vezetési és vegyértéksáv direkt összeérése okozza. A félfémes jelleg például abban nyilvánul meg az esetében, hogy benne a relativisztikus Dirac-egyenletnek engedelmeskedő, úgynevezett Dirac-elektronok találhatók. A következmény a grafén számos érdekes tulajdonsága, például negatív törésmutató, a közel fénysebességgel haladó, nulla effektív tömegű elektronok ballisztikus vezetés és más extrém transzportjelenségek.

Jegyzetek

Fordítás

Források

Kapcsolódó szócikkek 
 Félfém (spintronika)
 Félfémek (kémia)
 Hubbard-modell
 Mott-szigetelő
 Szilárdtestfizika

Szilárdtestfizika
A szilárdtestfizikában és az anyagtudományban félfémnek nevezzük azokat az anyagokat , melyek sávszerkezetében a vegyértéksáv és a vezetési sáv kissé átfed . A felvezetők tiltott sávja jellemzően4 eV körüli , a szigetelőké pedig ennél nagyobb . A félfémes anyagokban ez azonban nulla a megengedett sávok átfedése miatt . Nem mondható viszont , hogy a félfémek vezetési jellege fémes , ugyanis ezekben a sávok kicsi átfedése miatt a Fermi-szint körül kicsi az állapotsűrűség . A félfémek tehát köztes esetet képeznek a fémek és a félvezetők között . Fizikai jellemzők Mivel a fémekhez képest a félfémekben kevesebb a töltéshordozó , elektromos és hővezetésük is gyengébb . Szintén az állapotsűrűség függvény sajátos jellegéből adódóan mind elektronjaik , mind elektronlyukaik effektív tömege kicsi ( valójában a széles megengedett sávok hajlamosabbak az egymással való átfedésre és a kis effektív tömegre is ) . Továbbá gyakran diamágneses tulajdonságúak és jellemzőek nagy a dielektromos állandójuk . Vezetési jellemzőik hőmérsékletfüggése a fémekéhez hasonló abban , hogy a hőmérséklet emelkedése a vezetőképesség csökkenésével jár , ugyanis egyre erősödik bennük a fononokon való szóródás . Viszont a félfémekben elektron és lyuk jellegű töltéshordozók is részt vesznek a vezetésben , mely egyébként a félvezetőkre jellemző . A fémekK közelében véges vezetőképességűek , ugyanis ezekben a Fermi-szint nagy állapotsűrűségű helyen van . Ellenben félvezetőkben és szigetelőkben nagyon alacsony hőmérsékleten nullára esik le a vezetőképesség , a termikus gerjesztés csökkenése ugyanis " befagyasztja " a töltéshordozókat . A félfémek , mivel kis hőmérsékleten is nemnulla vezetőképességűek , ebben a jellemzőjükben is inkább a fémekhez hasonlítanak . Félfémes anyagok A legismertebb félfémek az arzén , az antimon , a bizmut , az α-ón és a grafén ( azaz a hatszöges grafitrács egyatomos rétege ) . Félfémes vegyület például a higany-tellurid ( HgTe ) . Bizonyos körülmények között egyes anyagok tranziens félfémes jelleget mutathatnak , továbbá megfigyelték egyes vezető polimerek félfémes jellegét is . A végtelen grafén különleges jellemzője , hogy félfémes jellegét az első Brillouin-zóna határán a vezetési és vegyértéksáv direkt összeérése okozza . A félfémes jelleg például abban nyilvánul meg az esetében , hogy benne a relativisztikus Dirac-egyenletnek engedelmeskedő , úgynevezett Dirac-elektronok találhatók . A következmény a grafén számos érdekes tulajdonsága , például negatív törésmutató , a közel fénysebességgel haladó , nulla effektív tömegű elektronok ballisztikus vezetés és más extrém transzportjelenségek . Jegyzetek Fordítás Források Kapcsolódó szócikkek Félfém ( spintronika ) Félfémek ( kémia ) Hubbard-modell Mott-szigetelő Szilárdtestfizika Szilárdtestfizika