Fri-elektronmodell av metallfysik

Fri-elektronmodell av metaller, i fysik i fast tillstånd, representerande av ett metalliskt fast ämne som en behållare fylld med en gas som består av fria elektroner (dvs de som ansvarar för hög elektrisk och termisk konduktivitet). De fria elektronerna, som anses vara identiska med den yttersta, eller valensen, elektroner av fria metallatomer, antas vara rörliga oberoende av varandra genom hela kristallen.

Frielektronmodellen föreslogs först av den holländska fysikern Hendrik A. Lorentz strax efter 1900 och förfinades 1928 av Arnold Sommerfeld i Tyskland. Sommerfeld introducerade kvantmekaniska begrepp, särskilt Pauli-uteslutningsprincipen. Även om modellen gav en tillfredsställande förklaring till vissa egenskaper (t.ex. konduktivitet och elektronisk specifik värme) för enkla metaller som natrium, hade den några allvarliga brister. Det tog till exempel inte hänsyn till interaktionen mellan fria elektroner med metalljonerna. Forskare insåg snart att ett bredare system behövdes för att förklara beteendet hos komplexa metaller och halvledare. I mitten av 1930-talet ersattes den fria elektronmodellen till stor del av bandteorin om fasta ämnen.