半金属 (能带理论)

✍ dations ◷ 2025-03-05 05:24:52 #半金属 (能带理论)

半金属(英语:semimetal)是指导带和价带之间相隔很窄的材料。根据能带理论,固体根据这个间隔从窄到宽,可以依次分为金属、半金属、半导体和绝缘体。对于半导体和绝缘体,导带和价带之间的间隔相对较大,使得费米能级附近电子的态密度等于零,成为带隙。其中绝缘体的带隙比半导体的大,但具体的分界线比较模糊。而对于半金属,导带和价带之间的间隔十分小,使得费米能级附近电子的态密度接近于零但不为零,因此也没有带隙。金属的费米能级则在导带当中,附近有足够大的电子态密度,使得电流可以良好地传导。

英语中的semimetal和half-metal目前都被翻译为半金属,但二者概念完全不同。semimetal是本文所介绍的内容,而half-metal则是指一些顺磁材料,它们对处于不同自旋方向的电子分别显示出金属性或非金属性,详见半金属 (自旋电子学)。另外,类金属(metalloid)也有可能被翻译成“半金属”。

为了不造成混淆,有人建议把semimetal翻译成“半电导金属”(或“半导金属”),并把half-metal翻译成“半极性金属”(或“半极金属”)。

在倒空间中,半金属的导带底和价带顶处于不同位置,即间接带隙。虽然一般情况下不这样说,但可以认为半金属是一种有负间接带隙的半导体,即它的导带底的能量比价带顶的低。

如图,图中分别标出了以下材料的能带图:

这幅图只是示意性的,只标出了一维倒空间中导带的最低能级(导带底)和价带的最高能级(价带顶)的情况。在一般的固体中,倒空间应该是三维的,而且导带和价带中应该有无数条能级。

与金属不同,半金属同时拥有两种载流子(电子和空穴),但是每种载流子的数目又明显少于金属中载流子(电子)的数目。这一点和简并半导体类似,因此半金属的性质介于金属和半导体之间。

如果考虑零温情形,两者的可以得到更大的区分。对于半导体,在零温情形下,电子不会有任何的激发从低能带到高能带,因此是“绝缘的”。所谓半导体与绝缘体有类似的能带结构,只是能隙较小,这里较小是相比于温度而言的。而对于半金属,零温下,依旧是可以导体。

典型的半金属包括了砷、锑、铋、灰锡(α锡)以及石墨等。其中前两者(砷和锑)同时也是类金属,但铋、灰锡和石墨则一般不被认为是类金属,因此这两个概念应该注意区分。

瞬时半金属在极端情况下也被发现.,而一些导电聚合物也被发现有半金属的性质。

相关

  • 费里法费里法(法语:Lois Jules Ferry)是法国在1881年和1882年颁布的2个教育法令,分别确立了免费义务教育原则,以及强制教育(要求所有15岁以下儿童 -- 包括男童和女童 --必须入学)与世俗教
  • 帝喾.mw-parser-output ruby>rt,.mw-parser-output ruby>rtc{font-feature-settings:"ruby"1}.mw-parser-output ruby.large{font-size:250%}.mw-parser-output ruby.larger{fon
  • 三氧化二硼2.55 g/cm3 (三方) 3.11–3.146 g/cm3 (单斜)三氧化二硼(化学式:B2O3)又称氧化硼,是硼最主要的氧化物。它是一种白色蜡状固体,一般以无定形的状态存在,很难形成晶体,但在高强度退火
  • 梁巨川梁巨川(1858年-1918年11月10日),名济,字巨川,以字行。广西临桂人。清末学者。北大哲学教授梁漱溟之父。祖先系蒙古族。父梁承光,剿捻军于山西,卒官山西。巨川八岁时随母从山西返回北
  • 算两次在数学中,算两次是一个常用的证明技巧,常在证明恒等式时被提到。其思想是,对一个具体的量用方法甲来计算,得到的答案是A,而用方法乙则得到B,那么等式A = B成立。此思想虽然明显,但
  • 侯观侯观(?-1522年),字仕宾,直隶雄县(今河北省雄县)人,明朝政治人物。早年出身儒士,成化十三年(1477年)中式丁酉科顺天乡试,成化十四年(1478年)联捷戊戌科进士。授河南登封县知县,以治行卓异,升户
  • 彭心楺彭心楺(英文:Siro Peng,1974年-),台湾作家、编剧。丈夫高翊峰也是作家和编剧。
  • A-20浩劫攻击机A-20浩劫轰炸机(公司内命名DB-7)是一款二战的美国攻击机、轻型轰炸机(英语:Light bomber)和夜间战斗机。服役于同盟国空军,主要是美国陆军航空军(USAAF)、苏联空军(VVS)、苏联海军航空兵(AVMF)及英国皇家空军(RAF)。苏联部队接收超过三分之一(2,908架)的DB-7。它也被澳洲、南非、法国和荷兰的空军在战争中使用,在战后有巴西使用。在英联邦空军中,轰炸机/攻击机型号的DB-7通常因英国军用飞行器命名系统(英语:British military aircraft design
  • 迈克尔·里根迈克尔·史丹利·里根(英语:Michael Stanley Regan),美国环境保护机构官员,现任美国国家环境保护局局长。他曾担任美国环境保护局第空气质量专家及北卡罗来纳州环境质量部部长。2020年12月17日,总统乔·拜登选定里根在即将就任的拜登内阁中担任美国国家环境保护局局长。2021年3月10日,参议院通过提名。里根来自于北卡罗来纳州戈尔兹伯勒。他曾就读于北卡罗来纳州立农业技术大学,获得了地球和环境科学理学士学位。在此毕业后,他就读于华盛顿特区的乔治·华盛顿大学,并在那里获得了公共管理硕士学位。
  • 弗朗西斯·沃尔·奥利弗弗朗西斯·沃尔·奥利弗(英语:Francis Wall Oliver,1864年5月10日-1951年9月14日)是一位英国植物学家,伦敦大学学院裘恩植物学教授,1905年当选皇家学会会士,1925年获林奈奖章。