Model fizike metala slobodnog elektrona

Model metala sa slobodnim elektronima u fizici čvrstog stanja predstavlja metalnu krutinu kao spremnik ispunjen plinom sastavljenim od slobodnih elektrona (tj. Odgovornih za visoku električnu i toplinsku vodljivost). Smatra se da se slobodni elektroni, koji se smatraju krajnjim vanjskim ili valentni, elektroni atoma slobodnih metala, kreću neovisno jedan o drugom tijekom čitavog kristala.

Model slobodnih elektrona prvi je predložio nizozemski fizičar Hendrik A. Lorentz nedugo nakon 1900., a 1928. ga je usavršio njemački Arnold Sommerfeld. Sommerfeld je uveo kvantno-mehaničke koncepte, ponajviše Paulijev princip isključenja. Iako je model pružio zadovoljavajuće objašnjenje za određena svojstva (npr. Vodljivost i elektroničku specifičnu toplinu) jednostavnih metala poput natrija, on ima neke ozbiljne nedostatke. Nije, primjerice, uzela u obzir interakciju slobodnih elektrona s metalnim ionima. Istraživači su ubrzo shvatili da je potreban širi sustav koji će objasniti ponašanje složenih metala i poluvodiča. Do sredine 1930-ih model slobodnih elektrona dobrim je dijelom zamijenjen teorijom pojasa krutina.