В чем разница между энергией Ферми и уровнем Ферми?

Меня немного смущает разница между этими двумя понятиями. Согласно Википедии, энергия Ферми и уровень Ферми являются тесно связанными понятиями. Насколько я понимаю, энергия Ферми - это самый высокий занятый энергетический уровень системы при абсолютном нуле? Это правильно? Тогда в чем разница между энергией Ферми и уровнем Ферми?

Ответы (5)

Если вы рассматриваете типичный металл, то верхняя энергетическая зона (т.е. зона проводимости) частично заполнена. Зона проводимости фактически непрерывна, поэтому тепловая энергия может возбуждать электроны внутри этой зоны, оставляя дырки ниже в зоне.

При абсолютном нуле тепловой энергии нет, поэтому электроны заполняют зону, начиная снизу, и на самом высоком занятом энергетическом уровне происходит резкая отсечка. Эта энергия определяет энергию Ферми.

При конечных температурах нет четко определенного наиболее энергичного электрона, потому что тепловая энергия постоянно возбуждает электроны внутри зоны. Лучшее, что вы можете сделать, это определить энергетический уровень с вероятностью заполнения 50%, и это уровень Ферми.

Таким образом, в основном это означает, что энергия Ферми находится где-то на Т знак равно 0 К а уровень Ферми что-то на Т > 0 К :) Есть ли какие-нибудь полезные выводы или утверждения, которые я получаю, когда узнаю. например, энергия Ферми и уровень Ферми металла?

Это зависит от того, кого вы спросите.

Если вы спросите кого-нибудь, кто знаком с физикой твердого тела, он, вероятно, ответит примерно так, как Колин Макфол или Джон Ренни: уровень Ферми — это то же самое, что и химический потенциал (или, может быть, следует сказать «электрохимический потенциал»), т. е. энергия при в котором состояние имеет 50% шанс быть занятым, а энергия Ферми - это уровень Ферми при абсолютном нуле.

Если вы спросите кого-нибудь с опытом работы в области полупроводниковой инженерии, они, вероятно, дадут такое же определение «уровня Ферми», но скажут, что «энергия Ферми» означает то же самое, что и уровень Ферми. (Очевидный вопрос: «Тогда какой термин инженер-полупроводник использовал бы для описания уровня Ферми при абсолютном нуле? Ответ: они называют его «уровнем Ферми при абсолютном нуле»!)

Энергия Ферми такова, как вы описываете: это самый высокий занятый уровень при абсолютном нуле. Уровень Ферми – это химический потенциал. Это энергетический уровень с вероятностью 50% быть занятым при конечной температуре T. Энергия Ферми не зависит от температуры; уровень Ферми действительно зависит от температуры.

Уровень Ферми НЕ обязательно выше энергии Ферми. Она выше, если плотность состояний является возрастающей функцией энергии, или ниже, если плотность состояний является убывающей функцией энергии. (Возможно, я получил это задом наперед.)
Это действительно интересно узнать! Я просто предположил, что уровень Ферми всегда будет больше или равен энергии Ферми (даже неправильно написал, что имел в виду). Ни в одной из своих книг я не смог найти четкого утверждения о такой возможности, так что поверю вам на слово. Это кажется очень странным; у вас есть ссылка на систему, где уровень Ферми ниже, чем энергия Ферми?
Возьмите макроскопический чистый полупроводниковый кристалл с малой шириной запрещенной зоны, содержащий всего два атома примеси n-типа и один атом примеси p-типа. При комнатной температуре уровень Ферми находится почти точно в центре запрещенной зоны — атомы легирующей примеси не имеют значения. При абсолютном нуле уровень Ферми (т.е. энергия Ферми) находится на уровне примеси n-типа вблизи минимума зоны проводимости, т.е. выше. Вы можете поменять местами буквы «n» и «p», чтобы получить ситуацию, когда энергия Ферми ниже.
Верно ли также, что концентрация легирования изменяет как уровень Ферми, так и энергию Ферми легированного полупроводника?
Уровень Ферми, или химический потенциал, на самом деле ниже , чем энергия Ферми для любой системы, в которой плотность состояний увеличивается с увеличением энергии — например, у электронов в металле при ненулевой температуре — так что Стив Бирнс на самом деле это сделал. назад в первом комментарии. Ссылка: Шредер, Теплофизика, рис. 7.14.
Легирование не влияет на энергию и уровень Ферми. @dr3patel

Уровень Ферми как состояние с 50% шансом быть занятым электроном при данной температуре твердого тела и при абсолютном нуле температуры заселенность равна 100%.

Энергия Ферми соответствует энергии уровня Ферми.

Энергия Ферми - это разность энергий высшей и низшей занятых частиц в одном состоянии. Но уровень Ферми есть сумма полной энергии частицы (т.е. сумма кинетической и потенциальной энергий).

В чем разница между энергией Ферми и уровнем Ферми?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v