portador de carga

En física del estado sólido , un portador de carga es una partícula o cuasipartícula que puede moverse libremente, llevando una carga eléctrica , especialmente las partículas que llevan cargas eléctricas en conductores eléctricos . ^{[ 1 ]} Ejemplos son electrones , iones y huecos . ^{[ 2 ]} En un medio conductor, un campo eléctrico puede ejercer fuerza sobre estas partículas libres, causando un movimiento neto de las partículas a través del medio; esto es lo que constituye una corriente eléctrica . ^{[ 3 ]} El electrón y el protón son los portadores de carga elementales , cada uno llevando una carga elemental ( e ), de la misma magnitud y signo opuesto .

En los medios conductores, las partículas sirven para transportar carga. En muchos metales , los portadores de carga son los electrones . Uno o dos de los electrones de valencia de cada átomo pueden moverse libremente dentro de la estructura cristalina del metal. ^{[ 4 ]} Los electrones libres se denominan electrones de conducción , y la nube de electrones libres se llama gas de Fermi . ^{[ 5 ] [ 6 ]} Muchos metales tienen bandas de electrones y huecos. En algunos, los portadores mayoritarios son los huecos.

En los electrolitos , como el agua salada , los portadores de carga son los iones , ^{[ 6 ]} que son átomos o moléculas que han ganado o perdido electrones, por lo que están cargados eléctricamente. Los átomos que han ganado electrones y están cargados negativamente se llaman aniones , y los átomos que han perdido electrones y están cargados positivamente se llaman cationes . ^{[ 7 ]} Los cationes y aniones del líquido disociado también sirven como portadores de carga en sólidos iónicos fundidos (véase, por ejemplo, el proceso de Hall-Héroult como ejemplo de electrólisis de un sólido iónico fundido). Los conductores de protones son conductores electrolíticos que emplean iones de hidrógeno positivos como portadores. ^{[ 8 ]}

En un plasma , un gas cargado eléctricamente que se encuentra en arcos eléctricos a través del aire, letreros de neón , el sol y las estrellas, los electrones y cationes del gas ionizado actúan como portadores de carga. ^{[ 9 ]}

En el vacío , los electrones libres pueden actuar como portadores de carga. En el componente electrónico conocido como tubo de vacío (también llamado válvula ), la nube de electrones móviles se genera mediante un cátodo metálico calentado , a través de un proceso llamado emisión termoiónica . ^{[ 10 ]} Cuando se aplica un campo eléctrico lo suficientemente fuerte como para atraer los electrones en un haz, esto puede denominarse rayo catódico , y es la base de la pantalla de tubo de rayos catódicos ampliamente utilizada en televisores y monitores de computadora hasta la década de 2000.

En los semiconductores , que son los materiales utilizados para fabricar componentes electrónicos como transistores y circuitos integrados , existen dos tipos de portadores de carga. En los semiconductores de tipo p, las " partículas efectivas " conocidas como huecos de electrones con carga positiva se mueven a través de la red cristalina, generando una corriente eléctrica. Estos "huecos" son, en efecto, vacantes de electrones en la población electrónica de la banda de valencia del semiconductor y se consideran portadores de carga debido a su movilidad, ya que se desplazan de un átomo a otro. En los semiconductores de tipo n, los electrones de la banda de conducción se mueven a través del cristal, generando una corriente eléctrica.

En algunos conductores, como las soluciones iónicas y los plasmas, coexisten portadores de carga positivos y negativos, por lo que en estos casos la corriente eléctrica consiste en ambos tipos de portadores que se mueven en direcciones opuestas. En otros conductores, como los metales, solo existen portadores de carga de una polaridad, por lo que la corriente eléctrica en ellos consiste simplemente en portadores de carga que se mueven en una sola dirección.

En los semiconductores se reconocen dos tipos de portadores de carga . Uno son los electrones , que poseen una carga eléctrica negativa . Además, es conveniente considerar las vacantes viajeras en la población electrónica de la banda de valencia ( huecos ) como un segundo tipo de portador de carga, que poseen una carga positiva de igual magnitud que la de un electrón. ^{[ 11 ]}

Los superconductores tienen resistencia eléctrica nula y, por lo tanto, pueden conducir corriente indefinidamente. Este tipo de conducción es posible gracias a la formación de pares de Cooper . Actualmente, los superconductores solo se pueden obtener a temperaturas muy bajas, por ejemplo, mediante enfriamiento criogénico. Lograr la superconductividad a temperatura ambiente sigue siendo un reto; es un campo de investigación y experimentación en constante desarrollo. Crear un superconductor que funcione a temperatura ambiente constituiría un importante avance tecnológico, que podría contribuir a una mayor eficiencia energética en la distribución de electricidad en la red.

En circunstancias excepcionales, los positrones , muones , antimuones, tau y antitau también podrían transportar carga eléctrica. Si bien esto es teóricamente posible, la corta vida útil de estas partículas cargadas dificultaría enormemente el mantenimiento de dicha corriente con la tecnología actual. Podría ser posible crear artificialmente este tipo de corriente, o podría producirse de forma natural durante breves intervalos de tiempo.

Los plasmas están compuestos de gas ionizado. La carga eléctrica puede generar campos electromagnéticos en los plasmas, lo que puede dar lugar a la formación de corrientes, incluso múltiples corrientes. Este fenómeno se utiliza en reactores de fusión nuclear . También se produce de forma natural en el cosmos, en forma de chorros, vientos nebulares o filamentos cósmicos que transportan partículas cargadas. Este fenómeno cósmico se denomina corriente de Birkeland . En general, la conductividad eléctrica de los plasmas es objeto de estudio de la física de plasmas .

• Vida útil del portador
• Gratis
• Difusión molecular
• Cargo por punto
• Cargador