Un modèle d'électrons libres dans un métal, traités comme un gaz de particules chargées.Le modèle du gaz d'électrons traite les électrons libres d'un métal comme un gaz de particules chargées, en ignorant le réseau périodique d'ions positifs, sauf comme un fond uniforme. Cette simplification capture la physique essentielle de la conductivité électrique et thermique, et explique pourquoi les métaux sont brillants et malléables. C'est le point de départ pour comprendre des phénomènes plus complexes comme la supraconductivité et le magnétisme.
Le modèle a été développé par Paul Drude en 1900, peu après la découverte de l'électron, puis affiné par Hendrik Lorentz et Arnold Sommerfeld.
Dans un métal, les électrons les plus externes des atomes sont faiblement liés et peuvent se déplacer librement dans le matériau. Le modèle du gaz d'électrons suppose que ces électrons se comportent comme un gaz parfait classique, entrant en collision les uns avec les autres et avec les ions du réseau, mais se déplaçant par ailleurs indépendamment. Cela permet d'utiliser la mécanique statistique pour dériver des propriétés comme la conductivité de Drude, qui relie le courant électrique au champ électrique appliqué.
Il est utilisé pour estimer la conductivité électrique et thermique des métaux, et pour comprendre le comportement des électrons dans les dispositifs à semi-conducteurs et en physique des plasmas.
Le modèle du gaz d'électrons prédit que la capacité thermique d'un métal devrait être beaucoup plus grande qu'elle ne l'est en réalité, une divergence qui n'a été résolue qu'avec l'avènement de la mécanique quantique.
