semimetalice

Semimetalli sono una categoria di materiali in cui le bande di valenza e di conduzione si sovrappongono o presentano una piccola regione di gap che consente la coesistenza di portatori di carica di tipo elettrone e di lacuna. A differenza degli isolanti, in cui l’energia di conduzione è separata da quella di valenza da un ampio band gap, i semimetalli hanno una densità di stati vicina al livello di Fermi molto bassa ma non nulla, e la loro conduttività deriva dalla presenza di piccoli pocket di elettroni e/o lacune nel primo intruso di Brillouin.

Dal punto di vista elettronico, i semimetalli mostrano comportamenti di trasporto intermedi tra metalli e semiconduttori. Possono avere mobilità relativamente elevata e una risposta sensibile a temperatura, pressione o dopaggio, con la possibilità che la bilancia tra portatori di elettroni e lacune vari in conseguenza di condizioni esterne. Alcuni semimetalli presentano anisotropie marcate nella conduttività a causa della loro geometria della banda.

Esempi storici includono bismuto, antimonio e arsenico, nonché la grafite, che può mostrare caratteristiche di semimetallo. In fisica moderna si discutono anche i cosiddetti semimetalli di Weyl e Dirac, che presentano nodi di Dirac o Weyl nello spazio reciproco e proprietà topologiche interessanti. I semimetalli hanno applicazioni in studi di portatori mobili, magnetoresistenza e, potenzialmente, in dispositivi termoelettrici e di spintronica, nonché come piattaforma per esplorazioni di fisica fondamentale.