En física del estado sólido , una brecha de energía o banda prohibida es un rango de energía en un sólido donde no existen estados electrónicos , es decir, un rango de energía donde la densidad de estados desaparece.
Especialmente en la física de la materia condensada , una brecha de energía a menudo se conoce de manera más abstracta como brecha espectral , un término que no tiene por qué ser específico de electrones o sólidos.
Si existe una brecha de energía en la estructura de bandas de un material, se llama banda prohibida . Las propiedades físicas de los semiconductores están determinadas en gran medida por sus bandas prohibidas, pero también en el caso de los aislantes y los metales, la estructura de bandas (y, por tanto, cualquier posible banda prohibida) gobierna sus propiedades electrónicas. [1] [2]
Para los superconductores, la brecha de energía es una región de densidad suprimida de estados alrededor de la energía de Fermi , con un tamaño de la brecha de energía mucho menor que la escala de energía de la estructura de bandas. La brecha de energía superconductora es un aspecto clave en la descripción teórica de la superconductividad y, por lo tanto, ocupa un lugar destacado en la teoría BCS . Aquí, el tamaño de la brecha de energía indica la ganancia de energía de dos electrones tras la formación de un par de Cooper . [1] [2] [3] Si un material superconductor convencional se enfría desde su estado metálico (a temperaturas más altas) al estado superconductor, entonces la brecha de energía superconductora está ausente por encima de la temperatura crítica , comienza a abrirse al entrar en el estado superconductor. estado en , y crece al enfriarse más. La teoría BCS predice que el tamaño de la brecha de energía superconductora para los superconductores convencionales a temperatura cero escala con su temperatura crítica : [3] (con constante de Boltzmann ).
Si la densidad de estados se suprime cerca de la energía de Fermi pero no desaparece por completo, entonces esta supresión se denomina pseudobrecha . Los pseudoespacios se observan experimentalmente en una variedad de clases de materiales; un ejemplo destacado son los superconductores de alta temperatura de cuprato . [4]
Si la densidad de estados desaparece en un rango de energía extendido, entonces esto se llama brecha dura. Si, por el contrario, la densidad de estados desaparece exactamente solo para un único valor de energía (mientras se suprime, pero no desaparece para valores de energía cercanos), entonces esto se llama brecha suave. Un ejemplo prototípico de una brecha suave es la brecha de Coulomb que existe en estados de electrones localizados con interacción de Coulomb. [5]
