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 se desvanece.
Especialmente en la física de la materia condensada , una brecha de energía a menudo se conoce de manera más abstracta como una brecha espectral , un término que no necesita ser específico para los electrones o los sólidos.
Si existe un hueco de energía en la estructura de bandas de un material, se denomina hueco de banda . Las propiedades físicas de los semiconductores están determinadas en gran medida por sus huecos de banda, pero también en el caso de los aislantes y los metales, la estructura de bandas (y, por lo tanto, cualquier hueco de banda posible) regula 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 el tamaño de la brecha de energía mucho más pequeño que la escala de energía de la estructura de banda. 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 para 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 a , y crece al enfriarse aún más. La teoría BCS predice que el tamaño de la brecha de energía superconductora para 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, esta supresión se denomina pseudogap . Los pseudogaps 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 se anula en un rango de energías extendido, se habla de un gap duro. Si, en cambio, la densidad de estados se anula exactamente solo para un único valor de energía (mientras se suprime, pero no se anula para valores de energía cercanos), se habla de un gap blando. Un ejemplo prototípico de un gap blando es el gap de Coulomb que existe en estados electrónicos localizados con interacción de Coulomb. [5]
