Warum gibt es Isolatoren?

Isolatoren leiten keinen elektrischen Strom, wenn man eine Gleichspannung anlegt. In isolierenden Festkörpern werden die Elektronen offenbar daran gehindert, dem angelegten elektrischen Feld zu folgen und sich von einer Elektrode zur anderen zu bewegen. Im Rahmen der klassischen Physik gäbe es keine Metalle, nur Isolatoren. Erst in der quantenmechanischen Betrachtung ergibt sich die Möglichkeit, Metalle und Isolatoren zu verstehen.

Grundsätzlich zeichnen sich Isolatoren dadurch aus, dass das angelegte Feld eine minimale Energie bereitstellen muss, damit eine Strom tragende Anregung im Kristall entsteht. Diese "Anregungslücke" in Isolatoren kann verschiedene Ursachen haben: die Wechselwirkung der Elektronen mit den positiv geladenen Gitterionen, mit Gitterverzerrungen und mit Verunreinigungen sowie die gegenseitige Abstoßung der Elektronen. Vereinfachende theoretische Modelle zeigen, warum diese Wechselwirkungen ein Material zum Isolator werden lassen und wie Übergänge zwischen diesen Phasen induziert und verstanden werden können.