Różnica między energią Fermi a poziomem Fermi

Kluczowa różnica - Fermi Energia vs poziom Fermiego
 

Energia Fermiego i poziom Fermiego to dwa odrębne terminy, które są często używane zamiennie. Energia Fermiego jest różnicą energetyczną energii kinetycznej układu zawierającego fermiony, podczas gdy poziom Fermiego jest zbiorem energii kinetycznej i potencjalnej układu zawierającego fermiony. The kluczowa różnica między energią Fermiego a poziomem Fermiego jest to Energia Fermiego jest definiowana tylko dla absolutnej temperatury zerowej, podczas gdy poziom Fermiego jest definiowany dla dowolnej temperatury.

ZAWARTOŚĆ

1. Przegląd i kluczowa różnica
2. Czym jest energia Fermi
3. Co to jest poziom Fermiego
4. Porównanie obok siebie - Fermi Energy vs. Poziom Fermi w formie tabelarycznej
5. Podsumowanie

Co to jest Fermi Energy?

Energia Fermiego to różnica energii między najwyższym a najniższym zajmowanym stanem pojedynczej cząstki w układzie kwantowym niedziałających fermionów w absolutnej temperaturze zero. Stan pojedynczej cząstki układu kwantowego odnosi się do stanu pojedynczej cząstki, która jest izolowana. Fermiony to cząstki zgodne ze statystykami Fermi-Diraca. Fermiony obejmują głównie kwarki i leptony wraz z elektronami, protonami i neutronami. Bezwzględna temperatura zero jest dolną granicą termodynamicznej skali temperatury.

Gaz Fermiego to grupa cząstek fermionu nie mających interakcji między tymi fermionami. Dlatego jest to faza materii. Wiadomo, że najniższy stan zajętości gazu Fermiego ma zerową energię kinetyczną. Ale najniższym stanem zajętym metalu jest dno jego pasma przewodzenia (pasma najbliższe poziomom Fermiego, w ten sposób określają przewodność elektryczną metalu).

Rysunek 01: Porównanie luk pasm

Fermiony są zgodne z zasadą wykluczenia Pauliego (zasada, która stwierdza, że ​​dwa identyczne fermiony nie mogą zajmować tego samego stanu kwantowego). Dlatego gazy Fermiego można analizować w stanie pojedynczych cząstek. Istnieją różne stany pojedynczych cząstek o różnych energiach. Stan podstawowy całego układu można znaleźć, dodając jedną cząsteczkę do układu na raz. Te dodane fermiony zajmą wówczas najniższe niezajęte stany tego systemu. Energię Fermiego można określić, gdy wszystkie niezajęte stany zostały zajęte przez fermiony. Oznacza to, że nawet jeśli cała energia zostanie pobrana z gazu Fermi, fermiony nadal będą się poruszać z dużą prędkością.

Co to jest poziom Fermiego?

Poziom Fermiego jest terminem używanym do opisania zbierania poziomów energii elektronów w absolutnej temperaturze zero. Jest to koncepcja statystyki Fermiego-Diraca. Poziom Fermiego oznaczony jest przez µ lub E._fa. Jest to termodynamiczna ilość ciała fizycznego.

Poziom Fermi jest definiowany dla dowolnej temperatury. Poziom Fermiego odnosi się do całkowitej energii kinetycznej i energii potencjalnej układu termodynamicznego zawierającego fermiony. Dlatego poziom Fermiego można również nazwać elektrochemicznym potencjałem Fermiona. Poziom Fermiego można zdefiniować nawet dla fermionów znajdujących się w złożonych układach oddziałujących, gdy weźmie się pod uwagę stan równowagi termodynamicznej tego układu.

Jaka jest różnica między energią Fermiego a poziomem Fermiego?

Fermi Energy vs Fermi Level
Energia Fermiego to różnica energii między najwyższym a najniższym zajmowanym stanem pojedynczej cząstki w układzie kwantowym niedziałających fermionów w absolutnej temperaturze zerowej.	Poziom Fermiego jest terminem używanym do opisania zbierania poziomów energii elektronów w absolutnej temperaturze zero.
Temperatura
Energia Fermiego jest definiowana tylko dla absolutnej temperatury zero.	Poziom Fermi jest definiowany dla dowolnej temperatury.
Związek z energią
Energia Fermiego jest różnicą energii kinetycznej między najwyższym a najniższym zajmowanym stanem pojedynczej cząstki.	Poziom Fermiego odnosi się do całkowitej energii kinetycznej i energii potencjalnej układu termodynamicznego zawierającego fermiony.
W metalach
Energia Fermi metalu jest różnicą energii między poziomem Fermiego a najniższym zajmowanym stanem pojedynczej cząstki.	Poziom Fermi metalu jest energią najwyższego zajętego stanu pojedynczej cząstki w absolutnej temperaturze zero.
składniki
Energia Fermiego jest zdefiniowana tylko dla niefunkcjonujących fermionów.	Poziom Fermi można zdefiniować nawet dla fermionów znajdujących się w złożonych systemach interakcji.

streszczenie - Fermi Energia vs poziom Fermiego

Energia Fermiego i poziom Fermiego są mylącymi terminami, ponieważ są ze sobą blisko powiązane, ale różnią się od siebie. Różnica między energią Fermiego a poziomem Fermiego polega na tym, że energia Fermiego jest definiowana tylko dla absolutnej temperatury zerowej, podczas gdy poziom Fermiego jest definiowany dla dowolnej temperatury.

Odniesienie:

1. „Energia Fermiego”. Wikipedia, Wikimedia Foundation, 14 marca 2018. Dostępne tutaj 
2. „Poziom Fermiego”. Wikipedia, Wikimedia Foundation, 3 marca 2018. Dostępne tutaj
3. „Poziom Fermiego”. Poziom Fermi i funkcja Fermi. Dostępny tutaj 

Zdjęcie dzięki uprzejmości:

1. „Porównanie przerw pasmowych” Przez ładowanie indukcyjne (CC BY-SA 2.5) przez Commons Wikimedia