Propiedad de un material que cuantifica su capacidad para conducir corriente eléctrica; comúnmente denotada σ (sigma) y definida, en el régimen continuo lineal, por la relación constitutiva J = σ E (o J = σ·E para σ tensorial), unidad SI siemens por metro (S·m−1). Es el recíproco de la resistividad eléctrica ρ cuando es escalar.

Principio

En medios homogéneos e isotrópicos la conductividad vincula el campo eléctrico aplicado con la densidad de corriente resultante; depende del tipo y la concentración de portadores, de los mecanismos de dispersión y de la temperatura. Para medios con dispersión en frecuencia la conductividad se vuelve compleja y puede depender de la frecuencia y de las escalas temporales de respuesta de los portadores.

Demostración

Escenario Ilustrativo — Situación: Una oblea de silicio dopada a temperatura fija es sometida a una medida con sonda de cuatro puntas para medir la resistencia de hoja y, con la geometría, inferir σ. Reconocimiento: Corriente y tensión medidas, con separación de sondas y espesor conocidos, permiten calcular la conductividad usando J = σ E y correcciones geométricas. Acción: Aumentar el dopado o la temperatura (en semiconductores) para elevar σ para una aplicación de interconexión. Consecuencia: Mayor conductividad reduce pérdidas resistivas y constantes de tiempo RC pero puede afectar la fuga del dispositivo y propiedades de apantallamiento.

Aplicación incorrecta

Equiparar movilidad alta de portadores con alta conductividad sin considerar la concentración de portadores. Por qué parece plausible: la movilidad aparece en las fórmulas microscópicas. Error semántico: σ = nqμ (para un tipo de portador), de modo que una baja n puede producir σ pequeña pese a μ alta; además la conductividad compleja en AC y la respuesta dieléctrica pueden invalidar la intuición de CC.

Consecuencia

La conductividad determina pérdidas resistivas, profundidad de piel, pérdida de propagación en conductores y electrodos, y afecta el comportamiento electroquímico en materiales iónicos; es un parámetro de diseño clave para interconexiones, antenas, electrodos y gestión térmica.

Inversión

En cristales anisótropos o materiales en capas la conductividad debe tratarse como un tensor con componentes direccionales; a altas frecuencias o en plasmas la conductividad se vuelve dependiente de la frecuencia y compleja, de modo que el simple escalar real σ deja de ser suficiente. En electrolitos la conductividad proviene del transporte iónico con dependencias de temperatura y concentración distintas a las de los conductores electrónicos.

Límite

Claramente dentro: conductor metálico homogéneo e isotrópico donde σ es un escalar bien definido y J = σ E se cumple localmente. Caso límite: material policristalino con dispersión significativa en los límites de grano donde la σ efectiva depende de la microestructura y del método de medida. Claramente fuera: aislante ideal con σ despreciable, por lo que la corriente de conducción es prácticamente nula (aunque pueden darse corrientes de fuga y de desplazamiento).

Tensión semántica

La alta conductividad eléctrica suele entrar en conflicto con otros requisitos funcionales como transparencia óptica, resistencia a la corrosión, flexibilidad mecánica, coste o estabilidad química; la elección del material implica compensaciones.

Síntesis

La conductividad es el vínculo operativo entre campo y corriente pero debe interpretarse teniendo en cuenta el tipo de portador, la concentración, la temperatura y la dependencia en frecuencia; por sí sola no predice el comportamiento del dispositivo sin información de geometría, dimensionalidad y condiciones de contorno.