固体物理学では、エネルギーギャップまたはバンドギャップは、固体内で電子状態が存在しないエネルギー範囲、つまり状態密度がゼロになるエネルギー範囲です。
特に凝縮物質物理学では、エネルギーギャップはより抽象的にスペクトルギャップと呼ばれることが多く、この用語は電子や固体に特有のものではありません。
バンドギャップ
物質のバンド構造にエネルギーギャップが存在する場合、それはバンドギャップと呼ばれます。半導体の物理的特性は、主にバンドギャップによって決定されますが、絶縁体や金属においても、バンド構造、ひいてはバンドギャップが電子特性を左右します。[1] [2]
超伝導体
超伝導体の場合、エネルギーギャップはフェルミエネルギー付近の状態密度が抑制された領域であり、エネルギーギャップのサイズはバンド構造のエネルギースケールよりはるかに小さい。超伝導エネルギーギャップは超伝導の理論的説明の重要な側面であるため、BCS理論で大きな特徴となっている。ここで、エネルギーギャップのサイズは、クーパー対の形成時に 2 つの電子が得るエネルギー利得を示す。[1] [2] [3]従来の超伝導材料を金属状態（高温）から超伝導状態に冷却すると、臨界温度 を超える温度では超伝導エネルギーギャップは存在せず、 で超伝導状態に入った時点でギャップが開き始め、さらに冷却するとギャップが大きくなる。BCS理論では、従来の超伝導体のゼロ温度での超伝導エネルギーギャップのサイズは、臨界温度 に比例すると予測されている: [3]（ボルツマン定数）。
擬似ギャップ
状態密度がフェルミエネルギー付近で抑制されるものの、完全には消失しない場合、この抑制は擬ギャップと呼ばれます。擬ギャップは様々な物質群で実験的に観測されており、その代表的な例としては銅酸化物高温超伝導体があります。[4]
ハードギャップとソフトギャップ
状態密度が広いエネルギー範囲にわたってゼロになる場合、これはハードギャップと呼ばれます。一方、状態密度が単一のエネルギー値においてのみ完全にゼロになる場合（抑制されるものの、近傍のエネルギー値ではゼロにならない場合）、これはソフトギャップと呼ばれます。ソフトギャップの典型的な例としては、クーロン相互作用を持つ局在電子状態に存在するクーロンギャップがあります。 [5]
参考文献
- ^ ab Neil N. Ashcroft ; N. David Mermin (1976).固体物理学. Saunders College. ISBN 0-03-083993-9。
- ^ ab Charles Kittel (1996).固体物理学入門（第7版）. John Wiley & Sons. ISBN 0-471-11181-3。
- ^ マイケル・ティンカム著(1996).超伝導入門（第2版）. マグロウヒル. ISBN 0-07-064878-6。
- ^ Timusk, Tom; Statt, Bryan (1999). 「高温超伝導体における擬ギャップ：実験的概観」Rep. Prog. Phys . 62 (1): 61– 122. arXiv : cond-mat/9905219 . Bibcode :1999RPPh...62...61T. doi :10.1088/0034-4885/62/1/002. S2CID 17302108.
- ^ Efros, AL ; Shklovskii, BI (1975). 「無秩序系のクーロンギャップと低温伝導率」J. Phys. C: Solid State Phys . 8 (4): L49 – L51 . Bibcode :1975JPhC....8L..49E. doi :10.1088/0022-3719/8/4/003.
