Diferența dintre energia Fermi și nivelul Fermi

Diferența cheie - Fermi Energie versus nivelul Fermi
 

Energia Fermi și nivelul Fermi sunt doi termeni distinși, care sunt adesea utilizați interschimbabil. Energia Fermi este o diferență energetică a energiei cinetice a unui sistem care conține fermioane, în timp ce nivelul Fermi este o colecție de energii cinetice și potențiale ale unui sistem care conține fermioane. diferența cheie între energia Fermi și nivelul Fermi este asta Energia fermi este definită doar pentru temperatura absolută zero, în timp ce nivelul Fermi este definit pentru orice temperatură.

CUPRINS

1. Prezentare generală și diferență cheie
2. Ce este energia Fermi
3. Ce este nivelul Fermi
4. Comparație comparativă comparativă - Fermi Energy vs Fermi în formă tabulară
5. rezumat

Ce este energia Fermi?

Energia fermi este diferența energetică dintre stările particulare cele mai înalte și cele mai joase ocupate într-un sistem cuantic de fermioane neinteresante la temperatura absolută zero. Starea unică a particulelor unui sistem cuantic se referă la starea unei singure particule izolate. Fermiunile sunt particule care urmează statisticile Fermi-Dirac. Fermiunile includ, în principal, cuarci și leptoni împreună cu electroni, protoni și neutroni. Temperatura zero absolută este limita inferioară a scalei termodinamice de temperatură.

Un gaz fermi este un grup de particule de fermion care nu au interacțiuni între aceste fermioane. Prin urmare, este o fază a materiei. Starea cea mai joasă ocupată a unui gaz Fermi este cunoscută ca având o energie cinetică zero. Dar starea inferioară ocupată a unui metal este partea inferioară a benzii sale de conducere (benzile cele mai apropiate de nivelele Fermi, determinând astfel conductivitatea electrică a metalului).

Figura 01: O comparație a decalajelor de bandă

Fermionii respectă principiul excluderii Pauli (Un principiu care afirmă că două fermioane identice nu pot ocupa aceeași stare cuantică). Prin urmare, gazele Fermi pot fi analizate în starea lor individuală. Există stări diferite de particule cu diferite energii. Starea de bază a întregului sistem poate fi găsită prin adăugarea unei particule în sistem la un moment dat. Aceste fermioane adăugate vor ocupa atunci cele mai joase state neocupate ale acelui sistem. Energia Fermi poate fi determinată atunci când toate statele neocupate au fost ocupate de fermioane. Aceasta înseamnă că, chiar dacă toată energia este extrasă dintr-un gaz Fermi, fermiunile vor continua să se deplaseze la viteze mari.

Ce este nivelul Fermi?

Nivelul Fermi este un termen folosit pentru a descrie colectarea nivelurilor de energie ale electronilor la temperatura absolută zero. Este un concept al statisticilor Fermi-Dirac. Nivelul Fermi este notat cu μ sau E_F. Este o cantitate termodinamică a unui corp fizic.

Nivelul Fermi este definit pentru orice temperatură. Nivelul Fermi se referă la energia cinetică totală și energia potențială a unui sistem termodinamic care conține fermioane. Prin urmare, nivelul Fermi poate fi numit și potențialul electrochimic al unui Fermion. Nivelul Fermi poate fi definit chiar și pentru fermiunile care se află în sisteme complexe de interacțiune atunci când starea de echilibru termodinamic a acelui sistem este considerată.

Care este diferența dintre energia Fermi și nivelul Fermi?

Fermi Energy vs. nivelul Fermi
Energia Fermi este diferența energetică dintre stările particulare cele mai înalte și cele mai joase ocupate într-un sistem cuantic de fermioane neinteresante la temperatură zero absolută.	Nivelul Fermi este un termen folosit pentru a descrie colectarea nivelurilor de energie ale electronilor la temperatura absolută zero.
Temperatura
Energia Fermi este definită doar pentru temperatura absolută zero.	Nivelul Fermi este definit pentru orice temperatură.
Relația cu energia
Energia fermi este diferența dintre energia cinetică dintre stările particulare cele mai joase și cea mai joasă ocupate.	Nivelul de fermi se referă la energia cinetică totală și energia potențială a unui sistem termodinamic care conține fermioane.
În metale
Energia Fermi a unui metal este diferența energetică dintre nivelul Fermi și cea mai joasă stare a particulelor ocupate.	Nivelul Fermi al unui metal este energia celei mai înalte stări de particule ocupate la temperatura zero absolută.
Componente
Energia Fermi este definită numai pentru fermionii care nu interacționează.	Nivelul Fermi poate fi definit chiar și pentru fermioane care sunt în sisteme complexe de interacțiune.

rezumat - Fermi Energie versus nivelul Fermi

Energia Fermi și nivelul Fermi sunt termeni confuzi, deoarece sunt strâns legați, dar sunt diferiți unul de celălalt. Diferența dintre energia Fermi și nivelul Fermi este că energia Fermi este definită doar pentru temperatura absolută zero, în timp ce nivelul Fermi este definit pentru orice temperatură.

Referinţă:

1. "Energia Fermi" Wikipedia, Fundația Wikimedia, 14 martie 2018. Disponibil aici 
2. "Nivel Fermi" Wikipedia, Fundația Wikimedia, 3 martie 2018. Disponibil aici
3. "Nivel Fermi". Nivelul Fermi și funcția Fermi. Disponibil aici 

Datorită fotografiei:

1. "comparație gap gap" prin inductivitate  (CC BY-SA 2.5) prin intermediul Commons Wikimedia