金属
バンドが重なっている
バンドギャップ = 0SOUL/ALLOY Science · Electronic Structure
電子の世界
なぜ金属は電気を通すの？なぜシリコンは半導体なの？
電子の振る舞いから、物質の性質を理解しよう
バンドギャップとは？
原子が集まって固体になると、電子のエネルギーは連続的な「バンド」を形成します。バンドギャップは、電子がいる「価電子帯」と電子が移動できる「伝導帯」の間のエネルギー差です。
半導体
小さなギャップ
0 < gap < 3 eV絶縁体
大きなギャップ
gap > 3 eV導体・半導体・絶縁体の違い
導体（金属）
- 例：銅、金、銀、鉄
- 特徴：電子が自由に動ける
- 用途：電線、電極
- バンドギャップ：0 eV
半導体
- 例：シリコン、ゲルマニウム
- 特徴：条件で導電性が変化
- 用途：CPU、太陽電池
- バンドギャップ：〜1-2 eV
絶縁体
- 例：ダイヤモンド、ガラス
- 特徴：電子が動けない
- 用途：絶縁材料
- バンドギャップ：>3 eV
フェルミ準位とDOS
フェルミ準位（Ef）
絶対零度（-273℃）において、電子が占有する最高のエネルギー準位です。これは物質の電気的・熱的性質を決める重要なパラメータです。
状態密度（DOS）
あるエネルギーにどれだけの電子状態が存在するかを表します。DOSが高いエネルギー領域では、電子がたくさん存在できます。
磁性の種類
電子はスピンという磁石のような性質を持っています。電子スピンの配列パターンによって、物質の磁性が決まります。
強磁性
全てのスピンが同じ向きに揃う。永久磁石になれる。
例：鉄（Fe）、コバルト（Co）、ニッケル（Ni）フェリ磁性
異なる大きさのスピンが逆向きに揃う。正味の磁化あり。
例：磁鉄鉱（Fe₃O₄）反強磁性
隣り合うスピンが逆向き。正味の磁化なし。
例：クロム（Cr）、マンガン酸化物非磁性
スピンがペアを組んで打ち消し合う。磁性なし。
例：銅（Cu）、金（Au）、銀（Ag）DFT計算とは？
密度汎関数理論（DFT）は、量子力学に基づいて物質の電子構造を計算する手法です。実験しなくても、コンピュータシミュレーションで物質の性質を予測できます。
Materials Data
実際のデータを見てみよう
各元素の電子構造データを比較できます。Layer 3モードで詳細なDFT計算データを確認！