Freie-Elektronen-Modell der Metallphysik

Freie-Elektronen-Modell von Metallen in der Festkörperphysik, Darstellung eines metallischen Feststoffs als Behälter, gefüllt mit einem Gas aus freien Elektronen (dh denjenigen, die für eine hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit verantwortlich sind). Es wird angenommen, dass sich die freien Elektronen, die als identisch mit den äußersten oder Valenzelektronen freier Metallatome angesehen werden, im gesamten Kristall unabhängig voneinander bewegen.

Das Freie-Elektronen-Modell wurde erstmals kurz nach 1900 vom niederländischen Physiker Hendrik A. Lorentz vorgeschlagen und 1928 von Arnold Sommerfeld aus Deutschland verfeinert. Sommerfeld führte quantenmechanische Konzepte ein, insbesondere das Pauli-Ausschlussprinzip. Obwohl das Modell eine zufriedenstellende Erklärung für bestimmte Eigenschaften (z. B. Leitfähigkeit und elektronische spezifische Wärme) einfacher Metalle wie Natrium lieferte, wies es einige schwerwiegende Mängel auf. Beispielsweise wurde die Wechselwirkung freier Elektronen mit den Metallionen nicht berücksichtigt. Die Forscher erkannten bald, dass ein breiteres System erforderlich war, um das Verhalten komplexer Metalle und Halbleiter zu erklären. Mitte der 1930er Jahre wurde das Freie-Elektronen-Modell weitgehend von der Bandentheorie der Festkörper abgelöst.