מודל אלקטרון חופשי של פיזיקת מתכות

מודל אלקטרונים חופשיים של מתכות, בפיזיקה של מצב מוצק, ייצוג של מוצק מתכתי כמיכל מלא בגז המורכב מאלקטרונים חופשיים (כלומר אלו האחראים על מוליכות חשמלית ותרמית גבוהה). האלקטרונים החופשיים, הנחשבים זהים לקצה החיצוני, או לערכיות, אלקטרונים של אטומי מתכת חופשיים, חזקים כי הם נעים זה מזה באופן עצמאי לאורך כל הגביש.

את המודל האלקטרוני החופשי הוצע לראשונה על ידי הפיזיקאי ההולנדי הנריק א 'לורנץ זמן קצר לאחר שנת 1900 ושופץ בשנת 1928 על ידי ארנולד זומרפלד מגרמניה. זומרפלד הציג מושגים קוונטיים-מכניים, ובמיוחד את עקרון ההדרה של פאולי. למרות שהמודל סיפק הסבר מניח את הדעת לתכונות מסוימות (למשל, מוליכות וחום ספציפי אלקטרוני) של מתכות פשוטות כמו נתרן, היו לו כמה חסרונות רציניים. זה, למשל, לא לקח בחשבון את האינטראקציה של אלקטרונים חופשיים עם יוני המתכת. החוקרים זיהו עד מהרה שיש צורך במערכת רחבה יותר כדי להסביר את התנהגותם של מתכות ומוליכים למחצה מורכבים. באמצע שנות השלושים של המאה ה -20 דגם האלקטרונים החופשיים הוחלף ברובו על ידי תיאוריית הלהקות של מוצקים.