Halvmetall

Halvmetall, eller semimetall, är en klass av material vars elektroniska struktur ligger mellan metallers ledningsband och halvledares bandgap. I praktiken innebär det ofta att valensband och ledningsband överlappar något eller att bandgapet är mycket litet. Sådana bandstrukturer ger en låg men fortfarande närvarande densitet av tillstånd vid Fermi-nivån och gör att både elektroner och hål kan bidra till elektrisk conduction. Halvmetaller uppvisar ofta hög elektrisk mobilitet och betydande anisotropi i transportegenskaperna, men deras beteende står inte i samma relation till metallernas som hos rena metaller.

Typiska exempel på halvmetaller är vissa elementära material som bismut (Bi) och antimon (Sb), samt arsenik (As). Grafit anses ofta som semimetalliskt i solid-state sammanhang tack vare sin lagerstruktur och sin bandstruktur som tillåter överlappande lednings- och valensband. I modern forskning används begreppet halvmetall även för material som uppvisar Dirac- eller Weyl-fermioner, så kallade topologiska halvmetaller, vilka har unika elektroniska egenskaper kopplade till bandstrukturen.

Egenskaper som hög mobilitet och ovanliga magnetresistiva effekter gör halvmetaller relevanta inom termosäkerhet och sensorik, samt som föremål för grundforskning inom kvantmaterial. Begreppet skiljer sig från den kemiska gruppindelningen av metalloider, även om gränserna kan vara flytande i praktiken. Sammanfattningsvis är halvmetaller en bred kategori som beskriver material vars fysik ligger mellan vanliga metaller och halvledare.