Электронный газ


Электро́нный га́з — модель в физике твердого тела, описывающая поведение электронов в телах с электронной проводимостью. В электронном газе пренебрегается кулоновским взаимодействием между частицами, а сами электроны слабо связаны с ионами кристаллической решётки. Соответствующим понятием для материалов с дырочной проводимостью является дырочный газ.

Подобно тому как обычный газ представляет собой совокупность большого количества («ансамбль») свободных молекул, электронный газ создаётся ансамблем электронов в некотором объёме. Соответственно, электронный газ наличествует в металлах и полупроводниках — в любых средах, где имеются или могут появиться свободные электроны.

Многие характеристики молекулярного газа, такие как плотность распределения частиц по энергии, вводятся и применительно к электронному газу, хотя выражения для них отличаются от случая обычных газов.

Двумерный электронный газ (ДЭГ) возникает при пространственном ограничении электронного газа в некотором направлении. Примерами систем с ДЭГ могут служить область канала в полевых транзисторах или HEMT-транзисторах. Достоинство ДЭГ — высокая подвижность носителей, позволяющая конструировать быстродействующие электронные приборы. Аналогичным образом в тонких длинных объектах (так называемых квантовых нитях) формируется одномерный электронный газ.

Электронный газ является частным случаем Ферми-газа[1]. Его поведение может быть рассмотрено по аналогии с термодинамической моделью идеального газа, в частности, можно ввести понятия сжимаемости и теплоемкости электронного газа.