Alle Materialien bestehen aus Atomen. Die Anordnung der Atome bestimmt ihre Reaktion auf die Stromleitung. Nicht elektrisch leitende Materialien werden als Isolatoren klassifiziert und diejenigen, die leitfähig sind, werden als Leiter bezeichnet. Leiter lassen den Strom vollständig durch. Supraleiter haben keinen Widerstand, normalerweise bei niedrigen Temperaturen. Ähnlichkeiten bestehen zwischen Isolatoren und Leitern hinsichtlich Struktur, Härte und Weichheit, Dichte und Dotierung, Dies ist der Fall, wenn ein anderes Element oder eine andere Verbindung in einen Isolator oder einen Leiter eingebaut wird, um seine elektrische Verhalten. Dotierung kann einen Leiter in einen Isolator verwandeln und umgekehrt.
Struktur
Alle Materialien bestehen aus unterschiedlich angeordneten Atomen. Leiter und Isolatoren teilen diese ultimative Ähnlichkeit auf atomarer Ebene. Holz zum Beispiel, ein Isolator, besteht aus Kohlenstoff-, Wasserstoff- und Sauerstoffatomen, die in einer bestimmten Struktur angeordnet sind, um das Material Holz zu ergeben. Ein Material wie Nioboxid, ein Leiter, enthält Niob- und Sauerstoffatome. Hier ist die Struktur anders, aber der Grundbaustein in Leitern und Isolatoren sind Atome.
Härte und Weichheit
Härte und Weichheit sind gemeinsame Eigenschaften von Leitern und Isolatoren. Schwefel beispielsweise ist ein Isolator und weich. Natrium, ein Metall, ist ein Leiter und auch weich. Auf der harten Seite haben wir Eisen, das ein Leiter ist, und Glas, das ein harter Isolator ist.
Dichte
Die Dichte ist ein Maß dafür, wie schwer ein Material ist oder wie dicht die Atome gepackt sind. Materialien mit hoher Dichte können als Leiter oder Isolatoren vorliegen. Blei, beispielsweise ein Leiter, ist ein Material mit hoher Dichte. Bleioxid ist auch ein Isolator.
Doping
Eine geeignete Dotierung eines Isolators kann ihn zu einem Halbleiter oder sogar einem Supraleiter machen. Ein Beispiel ist Lanthan-Kupfer-Oxid, ein keramischer Isolator. 1986 wurde es von George Bednorz und Alex Muller mit etwas Barium dotiert und es wurde ein Supraleiter mit einer hohen Übergangstemperatur. 1987 erhielten sie den Nobelpreis für Physik für diesen chemischen Trick, einen Isolator durch Dotierung in einen Supraleiter umzuwandeln. Ebenso kann ein Leiter durch Dotierung zu einem Isolator gemacht werden. Aluminium ist ein Leiter. Das Dotieren von Aluminium mit Sauerstoff ergibt Aluminiumoxid, einen Isolator.