Un solide, c’est un très grand nombre d’atomes régulièrement empilés et formant un motif répétitif, un peu comme un carrelage de cuisine ou un Rubik’s cube. Chaque atome est composé d’un noyau entouré de plusieurs électrons. La différence entre un matériau isolant électrique et un métal, c’est que dans un métal, les atomes permettent à un ou plusieurs de leurs électrons de se déplacer librement.
Naïvement, on pourrait donc imaginer un métal comme une sorte de flipper géant où de petits électrons se déplaceraient entre des atomes géants et cogneraient dans ces atomes. Mais la physique quantique nous a appris au cours du XXème siècle que cette image est complètement fausse.
En effet, à l’échelle des atomes et des électrons, à moins que le milliardième de mètre, toute particule suit les lois de la physique quantique, ce qui fait d’elle à la fois un corps et une onde.
C’est le cas de l’électron, qu’il faut imaginer à la fois comme une minuscule « bille » chargée électriquement, mais aussi comme une onde qui s’étale sur toute une zone de l’espace, un peu comme une vague dans la mer.
Cette onde s’adapte au réseau régulier formé par les atomes, et adopte un profil qui a la même période que le réseau des atomes. On parle alors d’onde de Bloch. Cela permet à l’électron de se déplacer sans être gêné par les atomes, même si ceux ci sont volumineux et se touchent presque les uns les autres.
