Хотя
проводимость металлов привлекала внимание исследователей долгое время, ясное
понимание динамики электронов в металлах было достигнуто сравнительно недавно.
На пути решения этой проблемы первыми были простые модели, предполагающие, что
валентные электроны в металлах освобождаются и по характеру своего
беспорядочного теплового движения и по вкладу в проводимость образуют «электронный
газ». Эта модель объясняет некоторые важные свойства металлов, но вызывает ряд
вопросов, которые оставались без ответа до тех пор, пока не учли, что свободные
электроны движутся в пространстве, занятом периодически расположенными
положительно заряженными ионными остовами. Как оказалось, периодичность
расположения ионов создает такое распределение электрического поля, которое
радикальным образом влияет на связь между энергией подвижного электрона и его
импульсом. Учет этого поля приводит к зонной теории твердых тел, которая дает
более реальную картину металлических проводников и объясняет, почему твердые
тела являются диэлектриками или полупроводниками. В настоящее время
классификация твердых тел на диэлектрики, полупроводники и металлы является
одним из самых очевидных фактов физики твердого тела. Основываясь на
электропроводимости, она затрагивает и оптические свойства твердых тел:
диэлектрики прозрачны, металлы и полупроводники непрозрачны в видимой области
спектра, но полупроводники становятся прозрачными в инфракрасной области. В
металле свободные электроны взаимодействуют с периодически расположенными
ионами (тепловыми смещениями ионов) и с другими электронами. Стандартная теория
металлов основана на том, что взаимной корреляцией в движении свободных
электронов можно пренебречь. Таким образом, это теория одноэлектронная, в
которой отдельные электроны, не взаимодействуя друг с другом, подчиняются
статистике Больцмана в классическом и статистике Ферми−Дирака
в квантовом приближении. Вспомним некоторые наиболее важные свойства металлов и
рассмотрим некоторые особенности металлического состояния.