电子和光学材料
电子和光学材料是固态材料，其电学、介电和光学响应通过成分和结构进行精心设计，用于从半导体芯片到显示器和光子元件的各种设备中。
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Definition
电子和光学材料是功能性固体，其有用行为是电学、介电或光学响应——导电、极化、发光或光传播——通过其成分、掺杂和晶体结构进行控制。
Scope
该领域涵盖了由其电子和光学功能定义的材料化学：通过掺杂调节电导率的半导体、存储电荷并与电场耦合的介电和铁电材料，以及发射、吸收或操纵光的发光和光子材料。它将能带结构、缺陷化学和晶体对称性与这些材料提供的器件特性联系起来。
Sub-topics
Core questions
- 半导体的电导率如何通过掺杂来控制？
- 是什么赋予介电和铁电材料高介电常数和可切换的极化？
- 固体如何发光和操纵光？
- 成分和结构如何决定电子和光学功能？
Key concepts
- 掺杂和载流子
- 带隙和光吸收
- 介电常数
- 铁电性和压电性
- 发光
- 光子结构
Key theories
- 半导体中的掺杂和载流子控制
- 将施主或受主杂质引入半导体中，会增加自由电子或空穴，其浓度决定了电导率和载流子类型，从而实现对电学行为的精确控制，所有半导体器件都依赖于此。
- 功能氧化物中的极化和对称性
- 介电响应、压电性和铁电转换源于电荷在电场作用下的位移方式，这受晶体对称性控制；非中心对称结构允许在电容器和执行器中利用的极性行为。
Clinical relevance
电子和光学材料是现代科技的基石：半导体构成晶体管和集成电路，介电和铁电材料制造电容器、存储器、传感器和执行器，而发光和光子材料则支持显示器、照明、激光器和光通信。
History
1947年巴丁（Bardeen）、布拉顿（Brattain）和肖克利（Shockley）发明晶体管，使半导体的受控掺杂成为电子学的基础。介电和铁电氧化物、荧光粉以及后来的半导体发光器件的并行发展，将功能性固体的化学扩展到随后的电子和光学技术中。
Key figures
- John Bardeen
- Walter Brattain
- William Shockley
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Frequently asked questions
- 电子材料与普通固体有何区别？
- 任何固体都具有电学和光学特性，但电子材料是通过成分、掺杂和结构进行精心设计，以提供特定器件功能（如电流开关、电荷存储或发光）的材料。
- 为什么晶体对称性对这些材料如此重要？
- 对称性决定了材料可以表现出哪些响应。例如，压电性和铁电性需要非中心对称结构，因此相同元素以不同对称性排列可以产生非常不同的电子和光学行为。