Электроны проводимости
Электроны проводимости — электроны, способные переносить электрический заряд в кристалле, отрицательно заряженные квазичастицы в металлах и полупроводниках, электронные состояния в зоне проводимости. В частности, отличается от обычного электрона эффективной массой, а также зависимостью эффективной массы от направления приложенной к электрону проводимости внешних сил.
Металл имеет кристаллическую решетку, образованную положительными ионами, в которой движутся делокализованные электроны валентных оболочек. Эти электроны взаимодействуют между собой и с ионами решетки. Потенциальная энергия этих взаимодействий порядка кинетической энергии электронов. Поведение электронов в металле аналогично поведению системы невзаимодействующих между собой частиц во внешнем поле, представляющем собой усредненное поле ионов решетки и остальных электронов. Усредненное поле обладает свойствами симметрии кристаллической решетки, в частности её периодичностью.
С целью упрощения описания кинетических и термодинамических характеристик металлов было введено понятие квазичастиц – электронов проводимости (ЭП). ЭП в металле – вырожденный ферми-газ невзаимодействующих квазичастиц (со спином ½), энергия которых – периодическая функция квазиимпульса , период которой определяется обратными векторами кристаллической решетки. Функция включает в себя как взаимодействие с ионным остовом кристаллической решетки, так и взаимодействие электронов друг с другом. Число ЭП равно числу делокализованных электронов, их заряд равен заряду электрона. Однако, эффективная масса ЭП не равна массе свободного электрона, является тензором, и, в общем случае, зависит от квазиимпульса. При описании движения ЭП в магнитном поле роль массы играет циклотронная масса, которая может быть отрицательной. В этом случае движение квазичастицы вдоль орбиты происходит в противоположном направлении по отношению к электрону и ее часто называют «дыркой».
Согласно теории ферми-жидкости Ландау взаимодействие ЭП может быть введено как самосогласованное поле от окружающих квазичастиц, действующее на данную. При этом энергия ЭП будет зависеть от состояния других квазичастиц, т. е., иначе говоря, будет функционалом от их функции распределения[1][2][3].