полуметаллы

ПОЛУМЕТАЛЛЫ

вещества, занимающие по своим электрофиз. свойствам промежуточное положение между металлами и полупроводниками. Характерные особенности физ. свойств П.: значительно меньшая, чем у металлов, электрич. проводимость; более слабо выраженный, чем у полупроводников, рост электрич. проводимости с температурой; наличие электрич. проводимости вблизи абс. нуля температуры, в то время как полупроводники (тем более диэлектрики) в этих, условиях — изоляторы; диамагнетизм в кристаллич. состоянии.

Кристаллич. структура П., в отличие от типичных металлов, не относится к числу плотных и плотнейших атомных упаковок и характеризуется более или менее ярко выраженной анизотропией. Это обусловлено неравноценностью хим. связи (по прочности, а иногда и по типу) в разных кристаллографич. направлениях — гетеродесмич-ностью (см. кристаллическая структура). В рамках зонной теории твердого тела это приводит к тому, что потенц. рельеф "дна" зоны проводимости и "потолка" валентной зоны, определяемый характером кристаллич. структуры, очень сложен и в некоторых кристаллографич. направлениях возможно перекрывание указанных зон. Соответственно и валентные электроны, осуществляющие хим. связь, де-локализуются вдоль определенных направлений в кристалле и становятся электронами проводимости. В то же время вдоль др. кристаллографич. направлений энергетич. зазор между дном зоны проводимости и потолком валентной зоны сохраняется и с ростом температуры возможен активац. переход электронов между зонами и рост электрич. проводимости с температурой, т. е. типичное полупроводниковое поведение. Например, в графите, где ярко выражена слоистость структуры, электроны делокализованы в атомных слоях, перпендикулярных оси гексаген. призмы, которая является элементарной ячейкой. Вдоль этой оси атомные слои связаны слабыми ван-дер-ваальсовыми силами и в этом направлении сохраняется значит. межзонный зазор.

Принадлежность того или иного вещества к П. обусловлена его электрофиз. свойствами. Если металлы-это вещества, которые в кон-денсир. состоянии обладают дефицитом валентных электронов при формировании первой координац. сферы, то у П. никогда не м. б. дефицита валентных электронов, координац. число всегда меньше числа валентных электронов. В результате локализованные (двухцентровые) ковалентные связи образуются только в некоторых кристаллографич. направлениях, в других же наблюдается делокализация связывающих орбиталей (в металлах имеет место объемная делокализация). Поэтому простые вещества с полуметаллич. свойствами в периодич. системе хим. элементов располагаются правее границы Цинтля (см. полупроводники). Типичные их представители-графит, α-As, α-Sb, Bi. Из др. простых веществ полуметаллич. свойствами обладают Ро и At.

Сложные вещества, включающие простые П., также могут обладать полуметаллич. свойствами, если в их структуре сохраняется слоистость "анионообразователя", в качестве которого выступает П. Таковы некоторые арсениды переходных металлов, антимониды и висмутиды. Однако этот класс веществ еще недостаточно изучен.

Применение П. до недавнего времени было ограниченным: в научной практике-для регистрации переходов диэлектрик-металл в сильных магн. полях (датчики напряженности магн. поля), в металлургии — в качестве присадок. Обнаружено, что мн. соед. As и Sb с металлами (арсениды и антимониды) — перспективные полупроводниковые материалы. В связи с этим интенсифицировалось их исследование и резко выросло производство.

^{Лит.: Брандт Н.Б., Мощалков В. В., Полуметаллы, М., 1979; Угай Я А , Неорганическая химия, М., 1989.}

_{Я. А. Угай, В. З. Анохин}