六章金属自由电子气.pdf

CHAPTER6:FREEELECTRONFERMIGAS

第六章

自由电子气6.0引言

应用自由电子模型（原子中的价电子变成传导电子，在金属

FreeElectronFermiGas

中自由），可以很好地描述金属，特别是简单金属的许

6.1模型及基态性质多性质。尽管传导电子的电荷分布与离子实的强静电势

密切相关，但在讨论那些主要依赖传导电子动力学相关性质

6.2自由电子气体的热性质时，自由电子模型获得了很大成功。

6.3电场中的自由电子经典理论的成功：欧姆定律、电导率、热导率等。

经典理论的：不能解释传导电子的比热和磁化率；金属

6.4霍尔效应和磁阻中传导电子具有很大的自由程，特别是在低温下纯净样品中

可大108个原子间距。

6.5金属的热导率凝聚态物质对传导如此“透明”的：（1）周期晶格

6.6自由电子气体模型的局限性离子实不会使传导电子偏转——物质波在周期性结构中可以

自由转播；（2）基于泡利不相容原理，一个传导电子仅仅受

本章作业：1-6,9,101到其他传导电子不频繁的散射。2

CHAPTER6:FREEELECTRONFERMIGAS6.1模型及基态性质

6.1模型及基态性质

电子密度：

一.经典电子气模型的基本假设

Zm

nN

金属：价电子→传导电子AA

式中,Z为每个原子提供的传导电子数,A为元素的相对原子

量,是元素质量密度.电子平均占据的体积等效成球,则