Jaký je ' rozdíl mezi Fermi Energy a Fermi Level?

Pokud uvažujete typický kov s nejvyšším energetickým pásmem (tj. vodivé pásmo) je částečně vyplněn. Pásmo vedení je účinně spojité, takže tepelná energie může vzrušovat elektrony v tomto pásmu a ponechávat díry níže v pásmu.

Při absolutní nule není tepelná energie, takže elektrony vyplňují pás začínající zdola a tam je ostré omezení na nejvyšší obsazené energetické úrovni. Tato energie definuje energii Fermiho.

Při konečných teplotách neexistuje žádný ostře definovaný nejvíce energetický elektron, protože tepelná energie nepřetržitě budí elektrony v pásmu. Nejlepší, co můžete udělat, je definovat hladinu energie s 50% pravděpodobností obsazení, a to je úroveň Fermi.

Komentáře

• Takže, v podstatě to znamená, že energie Fermi je něco za $ T = 0K $ a úroveň Fermi je něco za $ T > 0 K $ 🙂 Existují nějaké užitečné závěry nebo tvrzení, která dostanu když vím. např. energie Fermiho a úroveň Fermiho kovu?

Záleží na tom, koho se ptáte.

Pokud se zeptáte někoho, kdo má fyziku v pevné fázi, pravděpodobně odpoví v duchu Colina McFaula nebo Johna Rennieho: Úroveň fermi je stejná jako chemický potenciál (nebo by člověk měl říci „elektrochemický potenciál“) ), tj. energie, při které má stát 50% šanci, že bude obsazena, zatímco energie fermi je úroveň fermi na absolutní nule.

Pokud se zeptáte někoho se znalostí polovodičového inženýrství, pravděpodobně vám dá stejná definice „úrovně fermi“, ale řeknou, že „energie fermi“ znamená přesně to samé jako úroveň fermi. (Zjevná otázka zní: „Jaký výraz by tedy polovodičový inženýr použil k popisu úrovně fermi při absolutní nule? Odpověď je, že ji nazývají„ úroveň fermi při absolutní nule “!)

Energie Fermi je taková, jakou popisujete: je to nejvyšší obsazená úroveň při absolutní nule. Úroveň Fermi je chemický potenciál. Je to energetická úroveň s 50% pravděpodobnost, že bude obsazeno při konečné teplotě T. Energie Fermi nezávisí na teplotě; úroveň Fermi závisí na teplotě.

Komentáře

• Úroveň fermi NENÍ nutně vyšší než energie fermi. Je vyšší, pokud je hustota stavů rostoucí funkcí energie, nebo nižší, pokud je hustota stavů klesající funkcí energie. (Možná jsem to dostal zpět.)
• To je opravdu zajímavé se naučit! Jen jsem předpokládal, že úroveň Fermi bude vždy větší nebo stejná jako Fermiho energie (i když na jsem myslel). V žádné z mých knih jsem nebyl schopen najít jednoznačné vyjádření této možnosti, a tak se toho chopím. Vypadá to velmi divně; Máte nějaký odkaz na systém, kde je úroveň Fermiho nižší než energie Fermiho?
• Vezměte malý pásmový makroskopický čistý polovodičový krystal s pouhými dvěma dopantovými atomy typu n a jedním dopantovým atomem typu p . Při pokojové teplotě je hladina fermi téměř přesně ve středu pásma – atomy dopantu jsou irelevantní. Při absolutní nule je hladina fermi (tj. Energie fermi) na úrovni nečistot typu n poblíž minima vodivého pásma, tj. Vyšší. Můžete přepínat písmena " n " a " p " získat situaci, kdy je energie fermi nižší.
• Je také pravda, že dopingová koncentrace by změnila hladinu Fermiho i energii Fermiho dotovaného polovodiče?
• Úroveň Fermi nebo chemický potenciál je ve skutečnosti nižší než energie Fermi pro jakýkoli systém, ve kterém hustota stavů roste s energií – například elektrony v kovu při nenulové teplotě – takže Steve Byrnes to ve skutečnosti měl zpětně v prvním komentáři. Odkaz: Schroeder, Thermal Physics, obr. 7.14.

Fermiho hladina jako stav s 50% šance, že bude obsazen elektronem pro danou teplotu pevné látky a při absolutní nulové teplotě je obsazenost 100%.

Energie Fermi je odpovídající energií úrovně Fermi.

Fermiho energie je rozdíl energií nejvyšší a nejnižší obsazené částice jednoho stavu. Úroveň Fermiho je ale součtem celkové energie částice (tj.) Součtu kinetických a potenciálních energií.