Энергия электрона, часто определяющая его поведение в материале.Энергия электрона — это кинетическая и потенциальная энергия электрона в физической системе, такой как атом, молекула или твердое тело. В квантовой механике электроны занимают дискретные энергетические уровни, и их распределение определяет электронные, оптические и химические свойства материала. Это понятие является фундаментальным для понимания таких явлений, как электропроводность, запрещенные зоны в полупроводниках и химическая связь.
Современное понимание энергетических уровней электрона восходит к модели атома Нильса Бора 1913 года и было уточнено волновой механикой Эрвина Шрёдингера в 1926 году, которая дала полное квантовое описание.
В твердом теле электроны заполняют энергетические зоны, разделенные промежутками. Самая верхняя занятая зона (валентная зона) и самая нижняя пустая зона (зона проводимости) определяют, является ли материал металлом, полупроводником или изолятором. Энергия электрона описывается уравнением Шрёдингера, а в многочастичных системах она приближенно вычисляется с помощью теории функционала плотности, которая рассчитывает энергию как функционал электронной плотности.
Энергия электрона играет ключевую роль в создании полупроводников для транзисторов, солнечных элементов и светодиодов, а также в таких спектроскопических методах, как рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (XPS), которые исследуют поверхности материалов.
В графене электроны ведут себя как безмассовые релятивистские частицы, и их энергия линейно пропорциональна импульсу, в отличие от обычных металлов, где она квадратична.
