Qual è ' la differenza tra Fermi Energy e Fermi Level?

Se consideri un tipico metallo la banda di energia più alta (cioè la banda di conduzione) è parzialmente riempita. La banda di conduzione è effettivamente continua, quindi lenergia termica può eccitare gli elettroni allinterno di questa banda lasciando buchi più in basso nella banda.

Allo zero assoluto non cè energia termica, quindi gli elettroni riempiono la banda partendo dal basso e lì è un taglio netto al più alto livello di energia occupata. Questa energia definisce lenergia di Fermi.

A temperature finite non esiste un elettrone più energico nettamente definito perché lenergia termica eccita continuamente gli elettroni allinterno della banda. Il meglio che puoi fare è definire il livello di energia con una probabilità di occupazione del 50%, e questo è il livello di Fermi.

Commenti

• Quindi, fondamentalmente, questo significa che lenergia di Fermi è qualcosa a $ T = 0K $ e il livello di Fermi è qualcosa a $ T > 0 K $ 🙂 Ci sono conclusioni o affermazioni utili che ottengo quando lo so. per esempio. lenergia di Fermi e il livello di Fermi di un metallo?

Dipende da chi chiedi.

Se chiedi a qualcuno con un background di fisica dello stato solido, probabilmente risponderanno sulla falsariga di Colin McFaul o John Rennie: Il livello di fermi è lo stesso del potenziale chimico (o forse si dovrebbe dire “potenziale elettrochimico” ), ovvero lenergia alla quale uno stato ha il 50% di possibilità di essere occupato, mentre lenergia dei fermi è il livello dei fermi allo zero assoluto.

Se chiedi a qualcuno con un background di ingegneria dei semiconduttori, probabilmente ti darà il stessa definizione di “livello fermi”, ma diranno che “energia fermi” significa esattamente la stessa cosa di livello fermi. (La domanda ovvia è: “Allora quale termine userebbe un ingegnere dei semiconduttori per descrivere il livello dei fermi allo zero assoluto? La risposta è che lo chiamano” il livello dei fermi allo zero assoluto “!)

Lenergia di Fermi è come tu descrivi: è il livello più alto occupato allo zero assoluto. Il livello di Fermi è il potenziale chimico. È il livello di energia con 50% di possibilità di essere occupato a temperatura finita T. Lenergia di Fermi non dipende dalla temperatura; il livello di Fermi dipende dalla temperatura.

Commenti

• Il livello dei fermi NON è necessariamente superiore allenergia dei fermi. È maggiore se la densità degli stati è una funzione crescente dellenergia, o inferiore se la densità degli stati è una funzione decrescente dellenergia (potrei averlo ottenuto al contrario).
• Questo è davvero interessante da imparare! Ho solo supposto che il livello di Fermi sarebbe sempre stato maggiore o uguale allenergia di Fermi (anche se scritto male a volevo dire). Non sono stato in grado di trovare una chiara affermazione di questa possibilità in nessuno dei miei libri, quindi ti crederò sulla parola. Sembra molto strano; hai qualche riferimento a un sistema in cui il livello di Fermi è inferiore allenergia di Fermi?
• Prendi un cristallo semiconduttore macroscopico a banda ridotta con solo due atomi droganti di tipo n e un atomo drogante di tipo p . A temperatura ambiente il livello di fermi è quasi esattamente al centro del bandgap – gli atomi droganti sono irrilevanti. Allo zero assoluto il livello dei fermi (cioè lenergia dei fermi) è al livello di impurità di tipo n vicino al minimo della banda di conduzione, cioè più alto. Puoi cambiare le lettere " n " e " p " per ottenere una situazione in cui lenergia dei fermi è inferiore.
• È anche vero che la concentrazione di drogaggio altererebbe sia il livello di Fermi che lenergia di Fermi di un semiconduttore drogato?
• Il livello di Fermi, o potenziale chimico, è in realtà inferiore rispetto allenergia di Fermi per qualsiasi sistema in cui la densità degli stati aumenta con lenergia – come gli elettroni in un metallo a temperatura diversa da zero – quindi Steve Byrnes, infatti, ha fatto il contrario nel primo commento. Riferimento: Schroeder, Thermal Physics, Fig. 7.14.

Livello di Fermi come stato con il 50% la possibilità di essere occupato da un elettrone per la data temperatura del solido e a temperatura zero assoluto loccupazione è del 100%.

Lenergia di Fermi è lenergia corrispondente del livello di Fermi.

Lenergia di Fermi è la differenza di energie della particella a stato singolo occupata più alta e più bassa. Ma il livello di Fermi è la somma dellenergia totale di una particella (cioè) la somma delle energie cinetiche e potenziali.