Un semimetal è un materiale con una piccola sovrapposizione nell’energia della banda di conduzione e delle bande di valenza.

Tuttavia, la parte inferiore della banda di conduzione è tipicamente situata in una parte diversa dello spazio di quantità di moto (in un vettore k diverso) rispetto alla parte superiore della banda di valenza. Si potrebbe dire che un semimetallo è un semiconduttore con un bandgap indiretto negativo. Schematicamente, la figura mostra

A) un semiconduttore con un gap diretto (come ad esempio CuInSe2), B) un semiconduttore con un gap indiretto (come Si) e C) un semimetallo (come Sn o grafite).

La figura è schematica, mostrando solo la banda di conduzione di energia più bassa e la banda di valenza di energia più alta in una dimensione dello spazio di quantità di moto (o spazio k). Nei solidi tipici, lo spazio k è tridimensionale e ci sono un numero infinito di bande.

A differenza di un metallo normale, i semimetali hanno portatori di carica di entrambi i tipi (fori ed elettroni), in genere in numero minore rispetto a un metallo reale. Le proprietà elettriche dei semimetali sono a metà strada tra quelle dei metalli e dei semiconduttori. Gli elementi semimetallici classici sono arsenico, antimonio e bismuto. Questi sono anche considerati metalloidi, ma i concetti non sono sinonimi. I semimetali, a differenza dei metalloidi, possono anche essere composti come l’HgTe, e lo stagno e la grafite non sono in genere considerati metalloidi.

La grafite e il boronnitruro esagonale (BN) sono un confronto interessante. I materiali hanno essenzialmente la stessa struttura stratificata e sono isoelettronici. Tuttavia BN è un semiconduttore bianco e grafite un semimetallo nero, perché in un caso il bandgap è positivo (come caso B nella figura) nell’altro negativo (vedi C).

Poiché i semimetali hanno meno portatori di carica rispetto ai metalli, in genere hanno conduttività elettriche e termiche inferiori. Hanno anche piccole masse efficaci sia per i fori che per gli elettroni perché la sovrapposizione di energia è solitamente il risultato del fatto che entrambe le bande di energia sono ampie. Inoltre mostrano tipicamente alte suscettibilità diamagnetiche e alte costanti dielettriche del reticolo.

1. ^ Burns, Gerald (1985). Fisica dello Stato solido. Academic Press, Inc., 339-40. ISBN 0-12-146070-3.
2. ^ Wang, Yang; N. Mansour, A. Salem, K. F. Brennan, e P. P. Ruden (1992). “Theoretical study of a potential low-noise semimetal-based avalanche photodetector”. IEEE Journal of Quantum Electronics 28 (2): 507-513. doi: 10.1109 / 3.123280. Estratto il 2006-06-08.

Vedi anche

• Metallo
• Metalloide
• Semiconduttore
• Fisica allo stato solido