Різниця між енергією Фермі та рівнем Фермі

Ключова різниця - Фермі Енергія проти рівня Фермі
 

Енергія Фермі та рівень Фермі - це два чіткі терміни, які часто використовуються взаємозамінно. Енергія Фермі - це різниця енергії кінетичної енергії системи, що містить ферміони, тоді як рівень Фермі - це сукупність кінетичних та потенційних енергій системи, що містить ферміони. The ключова різниця між енергією Фермі та рівнем Фермі Енергія Фермі визначається лише для абсолютної нульової температури, тоді як рівень Фермі визначається для будь-якої температури.

ЗМІСТ

1. Огляд та ключові відмінності
2. Що таке енергія Фермі
3. Що таке рівень Фермі
4. Порівняльне порівняння - енергія Фермі проти рівня Фермі у табличній формі
5. Підсумок

Що таке Fermi Energy?

Енергія Фермі - це різниця енергій між найвищими та найнижчими зайнятими одночастинковими станами в квантовій системі не взаємодіючих ферміонів при абсолютній нульовій температурі. Стан одночастинки квантової системи відноситься до стану окремо взятої частинки. Ферміони - це частинки, які слідують статистиці Фермі-Дірака. Ферміони в основному включають кварки та лептони разом з електронами, протонами та нейтронами. Абсолютна нульова температура - нижня межа термодинамічної шкали температур.

Газ Фермі - це група ферміонних частинок, що не мають взаємодії між цими ферміонами. Отже, це фаза матерії. Як відомо, у найнижчому зайнятому стані газу Фермі є нульова кінетична енергія. Але найнижчий зайнятий стан металу - це дно його зони провідності (смуги, найближчі до рівнів Фермі, таким чином визначають електропровідність металу).

Малюнок 01: Порівняння діапазонів проміжків

Ферміони підкоряються принципу виключення Паулі (Принцип, згідно з яким два однакових ферміона не можуть займати один і той же квантовий стан). Тому гази Фермі можна проаналізувати в його одночастинковому стані. Існують різні одночастинні стани, що мають різну енергію. Основний стан всієї системи можна дізнатися, додавши по одній частинці за раз. Ці додані ферміони будуть тоді займати найнижчі незайняті стани цієї системи. Енергію Фермі можна визначити, коли всі незайняті стани були зайняті ферміонами. Це означає, що навіть якщо вся енергія буде видобута з газу Фермі, ферміони все одно будуть рухатися з великою швидкістю.

Що таке рівень Фермі?

Рівень Фермі - термін, що використовується для опису збору рівнів енергії електронів при абсолютній нульовій температурі. Це поняття статистики Фермі-Дірака. Рівень Фермі позначається µ або E_Ж. Це термодинамічна кількість фізичного тіла.

Рівень Фермі визначається для будь-якої температури. Рівень Фермі означає загальну кінетичну енергію та потенційну енергію термодинамічної системи, що містить ферміони. Тому рівень Фермі можна також назвати електрохімічним потенціалом Ферміона. Рівень Фермі можна визначити навіть для ферміонів, що знаходяться у складних взаємодіючих системах, коли враховується стан термодинамічного рівноваги цієї системи.

Яка різниця між енергією Фермі та рівнем Фермі?

Енергія Фермі проти рівня Фермі
Енергія Фермі - це різниця в енергії між найвищими і найнижчими зайнятими одночастинками в квантовій системі не взаємодіючих ферміонів при абсолютній нульовій температурі.	Рівень Фермі - термін, що використовується для опису збору рівнів енергії електронів при абсолютній нульовій температурі.
Температура
Енергія Фермі визначається лише для абсолютної нульової температури.	Рівень Фермі визначається для будь-якої температури.
Зв'язок з енергетикою
Енергія Фермі - це різниця кінетичної енергії між найвищими та найнижчими зайнятими одночастинковими станами.	Рівень Фермі означає загальну кінетичну енергію та потенційну енергію термодинамічної системи, що містить ферміони.
У металах
Енергія Фермі металу - це різниця в енергії між рівнем Фермі та найнижчим рівнем зайнятості одночастинок.	Рівень Фермі металу - це енергія найбільшого зайнятого стану однієї частинки при абсолютній нульовій температурі.
Компоненти
Енергія Фермі визначається лише для ферміонів, що не взаємодіють.	Рівень Фермі можна визначити навіть для ферміонів, що знаходяться у складних взаємодіючих системах.

Підсумок - Фермі Енергія проти рівня Фермі

Енергія Фермі та рівень Фермі є заплутаними термінами, оскільки тісно пов'язані між собою, але відрізняються один від одного. Різниця між енергією Фермі та рівнем Фермі полягає в тому, що енергія Фермі визначається тільки для абсолютної нульової температури, тоді як рівень Фермі визначається для будь-якої температури.

Довідка:

1. "Енергія Фермі". Wikipedia, Фонд Вікімедіа, 14 березня 2018. Доступний тут 
2. "Рівень Фермі". Вікіпедія, Фонд Вікімедіа, 3 березня 2018 року. Доступний тут
3. "Рівень Фермі". Рівень Фермі та функція Фермі. Доступний тут 

Надано зображення:

1. 'Порівняння діапазону зазорів' за допомогою індуктивного навантаження (CC BY-SA 2.5) через Wikimedia Commons