Mi a ' különbség a Fermi energia és a Fermi szint között?

Ha úgy gondolja, tipikus fém, a legnagyobb energiájú sáv (azaz a vezetősáv) részben meg van töltve. A vezetési sáv gyakorlatilag folyamatos, így a hőenergia gerjesztheti az elektronokat ezen a sávon belül, a lyukakat alacsonyabban hagyva.

Abszolút nulla esetén nincs hőenergia, így az elektronok alulról onnan indulva töltik ki a sávot a legmagasabb foglalt energiaszintnél éles határérték. Ez az energia határozza meg a Fermi energiát.

Véges hőmérsékleten nincs élesen definiált legenergetikusabb elektron, mert a hőenergia folyamatosan izgalmas elektron a sávon belül. A legjobb, amit tehet, ha meghatározza az energiaszintet a foglalkozás 50% -os valószínűségével, és ez a Fermi szint.

Megjegyzések

• Tehát, alapvetően ez azt jelenti, hogy a Fermi energia valami $ T = 0K $, a Fermi szint pedig valami $ T > 0 K $ 🙂 Van-e valamilyen hasznos következtetés vagy állítás amikor tudom. például. a fém Fermi-energiája és Fermi-szintje?

Attól függ, kit kérdezel.

Ha valakit szilárdtestfizikai háttérrel kérdez meg, valószínűleg Colin McFaul vagy John Rennie mentén válaszol: A fermi szint megegyezik a kémiai potenciállal (vagy talán azt kell mondani, hogy “elektrokémiai potenciál” ), vagyis azt az energiát, amelynél az állapotnak 50% az esélye, hogy elfoglalja, míg a fermi energia a fermi szint abszolút nulla esetén.

Ha félvezető mérnöki háttérrel rendelkező embert kérdez meg, valószínűleg megadja a “fermi szint” azonos meghatározása, de azt mondják, hogy a “fermi energia” pontosan ugyanazt jelenti, mint a fermi szint. (A kézenfekvő kérdés: “Akkor egy félvezető mérnök milyen kifejezéssel írná le az abszolút nulla fermi szintet? A válasz az, hogy” abszolút nulla fermi szintnek “hívják!)

A Fermi energia az Ön leírása szerint: ez a legmagasabb foglalt szint abszolút nullánál. A Fermi szint a kémiai potenciál. Ez az energiaszint 50% az esélye annak, hogy T. véges hőmérsékleten foglal helyet. A Fermi energia nem a hőmérséklettől függ, a Fermi szint a hőmérséklettől függ.

Megjegyzések

• A fermi szint NEM feltétlenül magasabb, mint a fermi energia. Nagyobb, ha az állapotok sűrűsége növekvő energiafüggvény, vagy alacsonyabb, ha az állapotok sűrűsége az energia csökkenő függvénye. (Lehet, hogy ezt visszafelé kaptam.)
• Ezt nagyon érdekes megtanulni! Csak azt feltételeztem, hogy a Fermi-szint mindig nagyobb vagy egyenlő a Fermi-energiával (még rosszul írt wh nála értettem). Egyik könyvemben sem sikerült egyértelműen megállapítani ezt a lehetőséget, ezért szót fogadok. Nagyon furcsának tűnik; utal valamilyen olyan rendszerre, ahol a Fermi-szint alacsonyabb, mint a Fermi-energia?
• Vegyünk egy kis sávú makroszkopikus tiszta félvezető kristályt, amely csak két n típusú adalék atomot és egy p típusú adalék atomot tartalmaz . Szobahőmérsékleten a fermi szint szinte pontosan a sávközép közepén van – az adalékanyagok nem relevánsak. Abszolút nulla esetén a fermi-szint (azaz a fermi-energia) az n-típusú szennyeződés szintjén van a vezetési sáv minimuma közelében, vagyis magasabb. Változtathatja a " n " és " p hogy olyan helyzetet kapjon, ahol a fermi energia alacsonyabb.
• Az is igaz, hogy a doppingkoncentráció megváltoztatná az adalékolt félvezető Fermi szintjét és Fermi energiáját is?
• A Fermi-szint vagy a kémiai potenciál valójában alacsonyabb , mint a Fermi-energia minden olyan rendszerben, amelyben az állapotok sűrűsége az energiával növekszik – például egy fémben a nulla hőmérsékleten lévő elektronok – tehát Steve Byrnes valójában visszafordította az első megjegyzésben. Hivatkozás: Schroeder, Hőfizika, 7.14. Ábra.

Fermi szint 50% -os állapotként a szilárd anyag adott hőmérsékletén és abszolút nulla hőmérsékleten való elfoglaltsága 100%.

A Fermi energia a Fermi szint megfelelő energiája.

A fermi energia a legmagasabb és a legalacsonyabb elfoglalt egyetlen állapotú részecske energiájának különbsége. De a Fermi-szint a részecske összes energiájának összege, azaz a kinetikus és a potenciális energiák összege.