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半導体は絶対温度でどのように動作しますか?

絶対ゼロ(0ケルビンまたは-273.15°C)で、半導体の挙動は非常に興味深く、やや逆説的になります。

理論的に:

* 完全な絶縁体: 古典物理学によると、すべての原子運動は絶対ゼロで停止します。これは、半導体の結晶格子内の電子が完全に動かなくなり、電気伝導率がゼロになることを意味します。理論的には、材料は完全な絶縁体として動作する必要があります。

現実:

* 量子効果: Quantum Mechanicsは、この写真にしわを紹介します。絶対ゼロでさえ、電子はまだ「ゼロポイントエネルギー」と呼ばれる少量のエネルギーを持っています。このエネルギーは、伝導帯に電子を励起するのに十分ではありませんが、それらの行動に影響を与える可能性があります。

* 不純物と欠陥: 実際の半導体には、結晶構造内に常に不純物と欠陥があります。これらの欠陥は、局所的なエネルギーレベルとして機能し、一部の電子が絶対ゼロであっても、動作するのに十分なエネルギーを獲得できるようにします。

意味:

* 非ゼロ導電率: 非常に低いものの、半導体は、量子効果と不純物のために絶対ゼロでわずかな電気伝導率を示すことができます。これは「残留導電率」として知られています。

* 超伝導性: 一部の半導体は、絶対ゼロを含む非常に低い温度で超伝導性を示します。これは、電子が抵抗がゼロで流れ、材料の電気特性を完全に変える現象です。

要約:

* 古典的な予測: 完璧な絶縁体。

* 量子現実: ゼロポイントエネルギーと不純物による非ゼロ導電率。

* 超伝導の可能性: 一部の半導体は、非常に低い温度で超伝導体になります。

覚えておくことが重要です:

*絶対ゼロに到達することは事実上不可能です。

*これらの非常に低い温度での半導体の挙動は非常に複雑であり、特定の材料やその不純物を含むさまざまな要因に影響されます。

*量子効果は、絶対ゼロでの半導体の電気特性を理解する上で支配的な役割を果たします。

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