Főmenü megnyitása
Fém, félfém, p típusú, intrinszik, n típusú félvezető és szigetelő sematikus sávdiagramja.

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.[1]

Fizikai jellemzőkSzerkesztés

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 anyagokSzerkesztés

A legismertebb félfémek az arzén, az antimon, a bizmut, az α-ón és a grafén (azaz a hatszöges grafitrács egyatomos rétege).[m 1] Félfémes vegyület például a higany-tellurid (HgTe).[2]

Bizonyos körülmények között egyes anyagok tranziens félfémes jelleget mutathatnak,[3] továbbá megfigyelték egyes vezető polimerek félfémes jellegét is.[4]

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.[5] A következmény a grafén számos érdekes tulajdonsága, például negatív törésmutató, a közel fénysebességgel haladó, nulla effektív tömegű elektronok ballisztikus vezetés és más extrém transzportjelenségek.[6][7]

JegyzetekSzerkesztés

  1. A magyar szaknyelvben sajnálatos módon a félfém kifejezés három különböző jelentéssel is bír, melyeket nem szabad összetéveszteni. A szilárdtestfizikai értelemben vett félfémek (angol kifejezéssel semimetal) gyakran nem félfémes elemek (angolul metalloid, ezek a periódusos rendszerben a fémes és a nemfémes elemek között találhatók). Továbbá spintronikai értelemben vett félfémekről (angolul half-metal) is beszélhetünk aszerint, hogy a vizsgált anyag vezetési jellegének van-e spinfüggése. A kifejezés három értelme nem esik egybe, általában nem egyszerre jelentkező jelenségeken alapuló elnevezés, ezért megkülönböztetésük fontos.

FordításSzerkesztés

Ez a szócikk részben vagy egészben a Semimetal című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel.

ForrásokSzerkesztés

  1. Burns, Gerald. Solid State Physics. Academic Press, Inc., 339–40. o. (1985. október 5.). ISBN 0-12-146070-3 
  2. Wang, Yang (1992. október 5.). „Theoretical study of a potential low-noise semimetal-based avalanche photodetector”. IEEE Journal of Quantum Electronics 28 (2), 507–513. o. DOI:10.1109/3.123280.  
  3. (2007. október 5.) „A transient semimetallic layer in detonating nitromethane”. Nature Physics 4 (1), 72–76. o, Kiadó: Springer Nature. DOI:10.1038/nphys806.  
  4. Olga Bubnova, Ullah Khan Zia, Hui Wang (2014. október 5.). „Semi-Metallic Polymers”. Nature Materials 13, 190. o, Kiadó: Springer Nature. DOI:10.1038/nmat3824.  
  5. What the heck is a Dirac electron? | Spinograph.org. www.spinograph.org. (Hozzáférés: 2015. november 26.)
  6. Du, Xu (2008). „Approaching ballistic transport in suspended graphene”. Nature Nanotechnology 3 (8), 491–495. o, Kiadó: Springer Nature. DOI:10.1038/nnano.2008.199. (Hozzáférés ideje: 2015. november 26.)  
  7. Mayorov, Alexander S. (2011). „Micrometer-Scale Ballistic Transport in Encapsulated Graphene at Room Temperature”. Nano Letters 11 (6), 2396–2399. o, Kiadó: Amerikai Kémiai Társaság. DOI:10.1021/nl200758b. (Hozzáférés ideje: 2015. november 26.)  

Kapcsolódó szócikkekSzerkesztés