半金屬 (能帶理論)

此條目介紹的是能帶理論中，介於金屬和半導體之間的材料（英語：semimetal）。關於元素週期表中，介於金屬和非金屬之間的元素（英語：metalloid），請見「類金屬」。關於對於不同自旋方向的電子，分別顯示出金屬性或非金屬性的材料（英語：half-metal），請見「半金屬 (自旋電子學)」。

半金屬（英語：semimetal）是指導帶和價帶之間相隔很窄的材料。根據能帶理論，固體根據這個間隔從窄到寬，可以依次分為金屬、半金屬、半導體和絕緣體。對於半導體和絕緣體，導帶和價帶之間的間隔相對較大，使得費米能階附近電子的態密度等於零，成為帶隙。其中絕緣體的帶隙比半導體的大，但具體的分界線比較模糊。而對於半金屬，導帶和價帶之間的間隔十分小，使得費米能階附近電子的態密度接近於零但不為零，因此也沒有帶隙。金屬的費米能階則在導帶當中，附近有足夠大的電子態密度，使得電流可以良好地傳導。

不同材料中，熱平衡時的電子態密度分布。其中縱軸是能量，橫軸是所列材料的態密度。在金屬和半金屬中，費米能階E_F位於某一個能帶中，而在絕緣體和半導體中，費米能階則處於帶隙當中。但是，在半導體當中能帶和費米能階足夠接近，使得電子和電洞服從費米狄拉克分布。（However, in semiconductors the bands are near enough to the Fermi level to be thermally populated with electrons or holes.）

命名的問題

英語中的semimetal和half-metal目前都被翻譯為半金屬，但二者概念完全不同。semimetal是本文所介紹的內容，而half-metal則是指一些順磁材料，它們對處於不同自旋方向的電子分別顯示出金屬性或非金屬性，詳見半金屬 (自旋電子學)。另外，類金屬(metalloid)也有可能被翻譯成「半金屬」。

為了不造成混淆，有人建議把semimetal翻譯成「半電導金屬」（或「半導金屬」），並把half-metal翻譯成「半極性金屬」（或「半極金屬」）。

半金屬與半導體

在倒空間中，半金屬的導帶底和價帶頂處於不同位置，即間接帶隙。雖然一般情況下不這樣說，但可以認為半金屬是一種有負間接帶隙的半導體，即它的導帶底的能量比價帶頂的低。

半導體中的直接帶隙(A)、半導體中的間接帶隙(B)以及半金屬(C)的能帶圖。

如圖，圖中分別標出了以下材料的能帶圖：

A) 有直接帶隙的半導體。如：CuInSe₂

B) 有間接帶隙的半導體。如：矽

C) 半金屬。如：錫、石墨和鹼土金屬

這幅圖只是示意性的，只標出了一維倒空間中導帶的最低能階（導帶底）和價帶的最高能階（價帶頂）的情況。在一般的固體中，倒空間應該是三維的，而且導帶和價帶中應該有無數條能階。

與金屬不同，半金屬同時擁有兩種載流子（電子和電洞），但是每種載流子的數目又明顯少於金屬中載流子（電子）的數目。這一點和簡併半導體類似，因此半金屬的性質介於金屬和半導體之間。

如果考慮零溫情形，兩者的可以得到更大的區分。對於半導體，在零溫情形下，電子不會有任何的激發從低能帶到高能帶，因此是「絕緣的」。所謂半導體與絕緣體有類似的能帶結構，只是能隙較小，這裡較小是相比於溫度而言的。而對於半金屬，零溫下，依舊是可以導體。

典型的半金屬

典型的半金屬包括了砷、銻、鉍、灰錫（α錫）以及石墨等。其中前兩者（砷和銻）同時也是類金屬，但鉍、灰錫和石墨則一般不被認為是類金屬，因此這兩個概念應該注意區分。

瞬時半金屬在極端情況下也被發現.，而一些導電聚合物也被發現有半金屬的性質。