自由電子氣

定義

自由電子氣是借用理想氣體模型描述費米子系統性質的量子力學模型。該模型中，粒子所處的量子態可用它們具有的動量來表征。對於周期性系統，譬如在金屬原子點陣中運動的電子，亦可類似地引入“準動量”的概念以表征量子態（參見條目布洛赫波）。無論上述哪種模型，其具有費米能的量子態都處於動量空間中的一個確定的曲面上，這個曲面稱為費米面。自由電子氣的費米面是一個球面；周期體系中的費米面則通常是扭曲面（參見條目布里淵區）。費米面包圍的體積決定了系統中的電子數，而費米面的拓撲結構則與金屬的各種傳導性質（如電導率）直接相關。對費米面的研究有時被稱為“費米學”（Fermiology）。如今，絕大多數金屬的費米面均已經有較透徹的理論與實驗研究。