Estoy un poco confundido acerca de la diferencia entre estos dos conceptos. Según Wikipedia, la Fermi energy y nivel de Fermi son conceptos estrechamente relacionados. Según tengo entendido, la energía de Fermi es el nivel de energía ocupado más alto de un sistema en cero absoluto? ¿Es correcto? ? Entonces, ¿cuál es la diferencia entre la energía de Fermi y el nivel de Fermi?
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Si considera un metal típico, la banda de mayor energía (es decir, la banda de conducción) está parcialmente llena. La banda de conducción es efectivamente continua, por lo que la energía térmica puede excitar los electrones dentro de esta banda dejando huecos en la parte inferior de la banda.
En el cero absoluto no hay energía térmica, por lo que los electrones llenan la banda comenzando desde abajo y allí es un corte brusco en el nivel de energía ocupado más alto. Esta energía define la energía de Fermi.
A temperaturas finitas no existe un electrón más energético claramente definido porque la energía térmica excita continuamente los electrones dentro de la banda. Lo mejor que puede hacer es definir el nivel de energía con un 50% de probabilidad de ocupación, y este es el nivel de Fermi.
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- Entonces, Básicamente, esto significa que la energía de Fermi es algo en $ T = 0K $ y el nivel de Fermi es algo en $ T > 0 K $ 🙂 ¿Hay alguna conclusión o afirmación útil que obtenga cuando lo sé. p.ej. ¿la energía Fermi y el nivel Fermi de un metal?
Respuesta
Depende de a quién le preguntes.
Si le pregunta a alguien con experiencia en física del estado sólido, probablemente responderá en la línea de Colin McFaul o John Rennie: El nivel de fermi es el mismo que el potencial químico (o tal vez uno debería decir «potencial electroquímico» ), es decir, la energía a la que un estado tiene un 50% de probabilidad de estar ocupado, mientras que la energía fermi es el nivel fermi en el cero absoluto.
Si le pregunta a alguien con experiencia en ingeniería de semiconductores, probablemente le dará la misma definición de «nivel fermi», pero dirán que «energía fermi» significa exactamente lo mismo que nivel fermi. (La pregunta obvia es: «Entonces, ¿qué término usaría un ingeniero de semiconductores para describir el nivel de fermi en el cero absoluto? ¡La respuesta es que lo llaman» el nivel de fermi en el cero absoluto «!)
Respuesta
La energía de Fermi es como usted describe: es el nivel ocupado más alto en el cero absoluto. El nivel de Fermi es el potencial químico. Es el nivel de energía con 50% de probabilidad de estar ocupado a una temperatura finita T. La energía de Fermi no depende de la temperatura; el nivel de Fermi sí depende de la temperatura.
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- El nivel de fermi NO es necesariamente más alto que la energía de fermi. Es más alto si la densidad de estados es una función creciente de la energía, o más bajo si la densidad de estados es una función decreciente de la energía (podría haberlo entendido al revés).
- ¡Eso es realmente interesante de aprender! Simplemente asumí que el nivel de Fermi siempre sería mayor o igual que la energía de Fermi (incluso mal escrito wh a lo que me refiero). No pude encontrar una declaración clara de esa posibilidad de ninguna manera en ninguno de mis libros, así que tomaré su palabra. Parece muy extraño; ¿Tiene alguna referencia a un sistema en el que el nivel de Fermi sea más bajo que la energía de Fermi?
- Tome un cristal semiconductor puro macroscópico de banda pequeña con solo dos átomos dopantes de tipo n y un átomo de dopantes de tipo p . A temperatura ambiente, el nivel de fermi se encuentra casi exactamente en el centro de la banda prohibida; los átomos dopantes son irrelevantes. En el cero absoluto, el nivel de fermi (es decir, energía de fermi) está en el nivel de impureza de tipo n cerca del mínimo de la banda de conducción, es decir, más alto. Puede cambiar las letras " n " y " p " para obtener una situación en la que la energía fermi sea menor.
- ¿También es cierto que la concentración de dopaje alteraría tanto el nivel de Fermi como la energía de Fermi de un semiconductor dopado?
- El nivel de Fermi, o potencial químico, es en realidad más bajo que la energía de Fermi para cualquier sistema en el que la densidad de estados aumenta con la energía, como los electrones en un metal a una temperatura distinta de cero. Steve Byrnes, de hecho, lo hizo al revés en el primer comentario. Referencia: Schroeder, Thermal Physics, Fig. 7.14.
Respuesta
Nivel de Fermi como estado con 50% la probabilidad de ser ocupado por un electrón para la temperatura dada del sólido y en el cero absoluto, la ocupación es del 100%.
La energía de Fermi es la energía correspondiente al nivel de Fermi.
Respuesta
La energía de Fermi es la diferencia de energías de la partícula de estado único ocupada más alta y más baja. Pero, el nivel de Fermi es la suma de la energía total de una partícula (es decir) la suma de las energías cinética y potencial.