Il tellururo di mercurio è un composto chimico binario del mercurio con il tellurio avente formula minima HgTe. Da un punto di vista formale è il sale di mercurio(II) dell'acido telluridrico (H2Te).

HgTe è un semimetallo ed è correlato al gruppo II-VI dei materiali semiconduttori. Anche l'analogo HgSe, isostrutturale e isoelettronico di valenza, è classificato come semimetallo.

Il tellururo di mercurio è presente in natura nel raro minerale coloradoite.

Proprietà Preparazione e proprietà chimiche HgTe può essere preparato fondendo insieme mercurio e tellurio in presenza di un'elevata pressione di vapore di mercurio. Per ottenere cristalli di qualità ottica ed elettronica si ricorre alla crescita epitassiale, ad esempio mediante sputtering o mediante epitassía in fase vapore metallo-organica (MOCVD o MOVPE), con il tellururo di diisopropile ((i-Pr)2Te) come precursore del tellurio.

Il tellururo di mercurio è un materiale cristallino di colore molto scuro, quasi nero, insolubile in acqua. A causa della debolezza dei legami Hg-Te, internamente è poco coeso: pur essendo un composto esotermico, la sua entalpia di formazione standard è bassa, ΔHƒ° = -31,8 kJ/mol, meno di un terzo del valore del tellururo di cadmio (CdTe, semiconduttore II-VI a piccolo band-gap, isoelettronico di valenza). Viene attaccato facilmente dagli acidi, ad esempio l'acido bromidrico.

Struttura elettronica e struttura cristallina In condizioni ambiente, il composto è un materiale cristallino con un reticolo covalente di atomi Hg (6s2) e Te (5s2 5p4) disposti in una struttura cubica a facce centrate, del tipo della sfalerite (simile al diamante), dove sia Hg che Te sono tetracoordinati e al centro di un tetraedro regolare. La costante di reticolo di HgTe è a = 642,9 pm; questo implica che la distanza di legame Hg−Te è r = a × 31/2/4 = 278,4 pm.

Proprietà elettroniche Il tellururo di mercurio puro (stechiometrico 1 : 1)risulta essere un semimetallo in quanto, nella struttura a bande del materiale cristallino, la banda di conduzione Γ8 giace più in basso in energia della banda di valenza Γ6, ma gli estremi delle due bande cadono a vettori d'onda diversi, a differenza di ciò che accade fisicamente nei conduttori metallici. L'inversione di queste bande sulla scala energetica comporta per HgTe un band-gap negativo, valutato in -0,15 eV. Tuttavia, in presenza di deformazioni anche lievi della struttura cristallina, o perché viene depositato su un substrato che impone una diversa disposizione atomica negli strati atomici di contatto e adiacenti, o perché ottenuto in strati (o fili) molto sottili, dove gli effetti di bordo sono importanti, si viene a creare un band-gap (positivo) per la conduzione nell'interno del cristallo e si genera così un isolante topologico che permette la conduzione solo sulle superfici esterne del cristallo o soltanto sui bordi.

Il tellururo di mercurio che si ottiene normalmente, ad esempio per sintesi chimica, è naturalmente difettivo in mercurio (Hg1-xTe) e in tal caso si mostra essere un semiconduttore di tipo .

Le proprietà sotto elencate del tellururo di mercurio cristallino sono intese a temperatura e pressione standard, salvo diversa indicazione.

Grandezza Valore Struttura Sfalerite Costante di reticolo 642,9 pm Gruppo spaziale F3m (gruppo n° 216) Modulo di massa 42,1 GPa Coefficiente di dilatazione termica 5,2×10−6 K−1 Costante dielettrica statica 20,8 Costante dielettrica dinamica 15,1 Conduttività termica 2,7 W·m2/(m·K) Durezza 2,7×107 kg/m2

Doping Il tellururo di mercurio è naturalmente di tipo a causa di vacanze nei siti spettanti al mercurio nel cristallo. Il comportamento di tipo può essere ottenuto con elementi come boro, alluminio, gallio o indio (3 e di valenza, 1 in più di Hg), o lo iodio (7 e di valenza, 1 in più di Te), ma si può usare anche il ferro. Il comportamento di tipo si ottiene introducendo rame, argento o oro (1 e di valenza, 1 in meno di Hg), ma è riportato che si può usare anche lo zinco.

Proprietà fisiche uniche

Recentemente è stato dimostrato sia teoricamente che sperimentalmente che il pozzo quantico del tellururo di mercurio mostra un nuovo stato unico dei materiali: l'isolante topologico. In questa fase, mentre la massa è un isolante, la corrente può essere trasportata da stati elettronici confinati vicino ai bordi del campione. A differenza dell'effetto Hall quantistico, qui non è necessario alcun campo magnetico per creare questo comportamento unico. Inoltre, gli stati dei bordi aventi verso opposto portano proiezioni di spin opposte.

Note

Voci correlate Mercurio Semiconduttore Tellurio

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