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徵。對於週期性系統，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”的概念以表徵量子態（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，這個曲面稱為費米麪。自由電子氣的費米麪是一個球面；週期體系中的費米麪則通常是扭曲面（參見條目布里淵區）。費米麪包圍的體積決定了系統中的電子數，而費米麪的拓撲結構則與金屬的各種傳導性質（如電導率）直接相關。對費米麪的研究有時被稱為“費米學”（Fermiology）。如今，絕大多數金屬的費米麪均已經有較透徹的理論與實驗研究。