Определённое дискретное значение энергии, которое может иметь электрон в материале.Энергетический уровень — это дискретное, квантованное значение энергии, которое может занимать электрон (или другая квантовая система) в атоме, молекуле или твёрдом теле. В атомах электроны находятся в определённых оболочках и подоболочках, а переходы между этими уровнями приводят к поглощению или испусканию фотонов с характерными частотами. В твёрдых телах энергетические уровни расширяются в зоны, и расположение этих зон определяет, является ли материал проводником, полупроводником или изолятором.
Концепция возникла из модели атома водорода Нильса Бора 1913 года, которая ввела квантованные орбиты. Она была обобщена Арнольдом Зоммерфельдом, а затем формализована в квантовой механике Эрвином Шрёдингером и Вернером Гейзенбергом в середине 1920-х годов.
Квантовая механика dictates, что связанные электроны не могут иметь произвольные энергии — только определённые значения, допускаемые волновой функцией системы и граничными условиями. Принцип Паули гарантирует, что каждый уровень может содержать ограниченное число электронов. Когда электрон поглощает фотон с энергией, точно соответствующей разности между двумя уровнями, он переходит на более высокий уровень; когда он возвращается обратно, он испускает фотон с той же энергией.
Энергетические уровни лежат в основе лазеров, светодиодов, солнечных элементов и полупроводниковой электроники; спектроскопия использует их для определения состава звёзд и материалов.
Именно точные энергетические уровни водорода позволили астрономам определить состав далёких звёзд и даже измерить расширение Вселенной по красному смещению спектральных линий.