METALLER :  Metaller ve özelliklede gümüş , bakır ve altın “ doğal “ elektrik iletkenleridir. Bunlar, sahip oldukları serbest elektronlar sayesinde, elektrik akımını olduğu kadar, ısıyı da iyi iletirler. Kuvantum fiziğinin bantlar kuramıyla açıkladığı gibi, bir metal, hangi sıcaklıkta olursa olsun, kristal kafesinin içinde serbestçe yer değiştirip elektrik iletimini sağlayabilecek çok sayıda elektron içerir. Bir bakır atomu yalıtılsa da , çekirdeğine bağlı çeşitli derecelerde toplam 29 elektrona sahiptir. Atomlar bir kristal oluşturmak üzere yığıldığında, her atomun elektronlarından biri (ortalama olarak) çekirdek çekiminden kurtulur.Atom başına sadece bir serbest elektron dahi düşse, yük taşıyıcılarının bileşke yoğunluğu çok yüksek olur: santimetre küp başına yaklaşık 1023 Bu nedenle bir metal, serbest elektronlardan oluşmuş çok yoğun bir gaz içinde yüzen pozitif iyonlardan bir ağ gibi düşünülebilir.

Bu elektronların varlığı aynı zamanda metallerin iyi ısı iletkenliğini ve parlak görünümleriyle yansıtıcı özelliklerini açıklar. Gerçekten de iletim elektronları kolaylıkla ışık fotonları tarafından uyarılabilir. Birikmiş enerji, elektronlar ilk enerji düzeyine geri dönerken ışık biçiminde geri verilir. Serbest elektronlar metallerin içine hapsolmuşsa da ısıl çalkalanmanın elektrostatik çekime üstün gelmesiyle yüksek sıcaklıkta bulunduğu yerden çıkabilir. İşte bu uygulama, elektron demetlerini oluşturmak üzere televizyon tekniğinde yararlanılan termoelektrik etkidir.

YARI İLETKENLER:  Yarıiletkenler, atomları ve molekülleri bir kristal yapı içinde düzenli dizilmiş katı cisimlerdir. Bütün saf yarıiletkenler mutlak sıfır noktasında (—273°C) tam yalıtkan cisim karakteri gösterir. Buna karşın oda sıcaklığında hepsinin belirli bir iletkenliği vardır. Yarıiletkenlerin özdirenci metallerinkiden  büyük, yalıtkan cisimlerinkinden küçüktür . Bu nedenle
yarıiletkenlerin elektriksel iletkenlikleri metaller ile yalıtkan cisimler arasında bulunmakta ve kendilerine bu amaçla «Yarıiletken» denilmektedir. Yarıiletken elementlerin üretiminde, bunların son derece saf olmasına çalışılır.

Germanyum (Ge) ilk yarıiletkenlerden biridir; silisyum (Si) ise en yaygın olarak
kullanılan yarıiletkendir; galyum arsenür ( GaAs ) ve indiyum fosfür ( İnP ) mikroelektronik alanında daha sonra ortaya çıkan yarıiletkenlerdir. Tüm bu elementler veya element alaşımları yarıiletkendir, yani iletkenlikleri (veya bunun tersi olan özgüldirenç) oda sıcaklığında, biryandan yalıtkanların iletkenliğiyle iletkenlerin iletkenliği arasında yer alan ve öte yandan bilinen metallerin iletkenliğinin aksine, üstel bir yasa uyarınca sıcaklıkla artma özelliği gösteren katılardır.

Bir yarıiletkenin, örneğin germaniyum metalinin elektriksel niteliklerini iyice kavrıyabilmek için, atom modelini ve kristal yapısını irdelemek gerekir. Germaniyum ya da Silisyumun kristal yapısı elmasınkine çok benzer ( şekil - 6 ). Kristal içinde her atomun dört komşu atomu vardır ve bunlar hep birlikte Kristal kafesini oluşturur.

Şekil – 6 : Germaniyum ve                          Şekil - 7 : Germaniyum atomlarının

silisyumun kristal kafesi                                           elektron bağları.

Germaniyum atomunun dış kabuğunaa 4 elektron bulunur. (Silisyum atomunda da aynıdır.) Valans elektronu olarak anılan bu elektronlar atomların kimyasal reaksiyonlarında rol oynarlar. Atomların düzenli olarak dizildiği kristal kafes içinde valans elektronları hem kendi atomları hem de komşu atomlar tarafından aynı kuvvetle çekilir. «Çift elektron bağları».
Bunun sonucu atomlar kendi aralarında birbirlerine bağlı kalır. ( Şekil-7 ). Sıcaklık çok düşük olduğunda, valans elektronları kristal dokusu içindeki yerlerini terketmeye pek istekli olmaz. Bundan dolayı sıcaklık düştükçe iletkenlik azalır.

Valans elektronların oluşturdukları bağlar atomlar arası çizgilerle şekil 7'de görüldüğü gibi daha basit bir biçimde gösterilmektedir. Sıcaklık yükseldikçe kristal kafesi içindeki yarıiletken atomlar hareketlenmeye başlar. Bu hareketler kafes içinde her yöne doğru bir titreme şeklindedir. Bu tür hareketlerden etkilenen bazı valans elektronları kendi atomlarından uzaklaşarak kafes dokusu içinde serbestçe hareket edebilme niteliği kazanır. Şayet oda sıcaklığında bu tür bir yarıiletkene doğru gerilim uygulanırsa, serbest hareket eden elektronlar gerilim kaynağının artı kutbuna doğru hareket edeceklerdir ( şekil – 8 ). Bir yarıiletker kristali içinde bu değin hareketli elektronlar Serbest elektronlar ya da iletken elektronlar olarak tanımlanır.

( - )

Kristal doku içinde atomik hareketlerden dolayı yerini terkeden elektronlar gerisinde bir elektronu eksik bir atom bırakır. Bu değin bir elektronu eksik atoma Delik denilir. Delikler de elektrik akımının iletilmesinde rol oynar; yani her delik gereksindiği kadar elektron kabul edebilir.  Bir yarıiletken kristaline gerilim uygulandığında, komşu atomdaki bir valans elektronu delik atomuna geçer ancak bu kez gerisinde bir elektronu eksik yeni bir delik bırakır. Bu oluşum tüm kristal içinde ard arda süre gittiğinde, sanki delikler hareket ediyormuş gibi bir durum başgösterir. Deliklerin bu değin bir göreli ( izafi ) hareketi, pozitif yüklü taneciklerde olduğu gibi , artı kutuptan eksi kutupa doğrudur. ( İletken delikeler )

Bir yarıiletken kristaline gerilim  uygulandığında, serbest elektronlar (—) den (+) ya; delikler (+) dan (—) ye doğru hareket ederler.

Sıcaklık yükseldikçe ısıl - hareket nedeniyle kristal içinde atomik titreşimler  artar ve bunun sonucu daha çok sayıda serbest elektron ve delik ortaya çıkar.

Sıcaklık yükseldikçe yarıiletkenin direnci düşer.

YALITKANLAR:  Kauçuk, seramik ve hava yalıtkandır, ancak bunlara uygulanan gerilimin çok yüksek olmaması şartıyla. Aksi halde bunlar, yıldırım örneğinde görüldüğü gibi ansızın elektrik akımını iletebilirler.

İngiliz Stephen Cray'in, 1730 yılına doğru yaptığı çalışmalar sonucu elektriği ileten malzemelerle iletmeyen malzemeler arasındaki farklılık, iletken ve yalıtkan cisimler olarak yorumlanmaya başladı. Çoğu zaman « dielektrik » olarak adlandırılan yalıtkanlar serbest elektronlar içermez; hiçbir akım bunların içinde dolaşamaz. Ancak bu durum, bir elektrik alanının etkisinde bırakıldığında sözü edilen bu yalıtkan malzemelerin kutuplanabilirliğini engellemez. Belirli bir gerilimin ötesinde bu maddeler, kısa ve çok şiddetli bir akımın geçişiyle ortaya çıkan « delinme » olayına maruz kalabilir.

Elektrik yüklerini biriktirebilen yalıtkanlar enerji depolayabilir. Bu olay, iki metal armatürü ince bir dielektrik tabakasıyla ayrılmış kondansatörlerde görülür; seramik dielektrikli  kondansatörlerin güçlü sığaları vardır, ama delinmeye dayanım gerilimleri zayıftır. Bunun aksine, mikalı veya Mylar kondansatörlerinin sığaları zayıftır, ama bunlar yüzkat daha güçlü gerilimlere dayanabilir.

Hidrojen, azot veya hava gibi gaz yalıtkanların tümü iki atomlu moleküllerden oluşur.
Transformatörlerde ve yüksek güçlü disjonktörlerde kullanılan sıvı yalıtkanlar, esas olarak yalıtkan yağlardır. Bunlar çoğunlukla petrol türevi mineral yağlar veya bileşim ürünü tutuşmaz yağlardır. Katı yalıtkanlar arasındaysa mineral ( cam, mika,kuvars, seramik, amyant ), organik ( kauçuk, bitümler, selüloz ) ve sentetik maddeler ( polimerler,elastomerler, kompozk malzeme ) sayılabilir.

AŞIRI İLETKENLERDE İLETİM :  Aşırıiletkenlik (bulunuşu 1911) çok düşük sıcaklığa kadar soğutulmuş bazı metaller veya alaşımlarda ortaya çıkar: Kurşun için 7,2 K (-266 °C) ve alüminyum için 1,17 K (-272 °C). Olağanüstü özellikleri (sıfır elektrik direnci, I tipi adı verilen aşırıiletkenlerde bir manyetik alanın tamamen dışlanmağı, aşırıiletken bir halkada kalıcı bir akım dolaşımı) maddenin yeni bir halinin yansımasıdır; bunun kuvantik özellikleri, yaşadığımız ölçekte doğrudan kendini gösterir ve mikroskopik açıklaması, 1957 yılında Bardeen, Cooper ve Schnerfer tarafından ortaya atılan BCS kuramında yapılmıştır. Uzun süre bir laboratuvar gösterisi olarak bir kenarda
bırakılan aşırıiletkenler, ilk olarak, 1950 yıllarında II tipi denen aşırıiletkenlerin bulunması sayesinde, şiddetli manyetik alanların üretiminde kullanıldı. Bu şiddetli alanlar, parçacık fiziğinin dev detektörlerinde, kontrollü kaynaşma (füzyon) tokamaklarında ve özellikle de tıbbî görüntülemede ( Nükleer Manyetik Rezonans [NMR] ) kullanılır. Aşırıiletkenliğin günümüzdeki
veya gelecekte olabilecek diğer uygulamaları, temel olarak 1960 yıllarının başında keşfedilen Josephson etkisine dayanır: Aşırı duyarlı manyetiklik ölçüm (manyetometri), mikrodalga düzenekleri, bilgisayar bileşenleri. Yakın geçmişte (1986) bulunan ve sınaî ve ucuz kriyojenik akışkan sıvı azotun sıcaklığından (77 K) daha yüksek sıcaklıklarda aşırıiletkenlik özellikleri gösteren oksitler, o zamana kadar sıvı helyumun sıcaklıklarıyla sınırlı olma zorunluluğunda olan bu alanda, neredeyse bir devrim yaratmıştır.

kaynak:MADDELERİN ELEKTRİK İLETKİNLERİ