Forskel mellem Fermi Energy og Fermi Level

Nøgleforskel - Fermi Energi vs Fermi niveau
 

Fermienergi og Fermi-niveau er to forskellige udtryk, der ofte bruges om hverandre. Fermi-energien er en energiforskel i den kinetiske energi i et system, der indeholder fermioner, mens Fermi-niveau er en samling af kinetiske og potentielle energier i et system, der indeholder fermioner. Det vigtigste forskel mellem Fermi energi og Fermi niveau er det Fermi-energi er kun defineret for absolut nul temperatur, mens Fermi-niveau er defineret for enhver temperatur.

INDHOLD

1. Oversigt og nøgleforskel
2. Hvad er Fermi Energy
3. Hvad er Fermi-niveau
4. Sammenligning side ved side - Fermi Energy vs Fermi niveau i tabelform
5. Opsummering

Hvad er Fermi Energy?

Fermi-energi er energiforskellen mellem de højeste og laveste optagede enkeltpartikelstilstande i et kvantesystem af ikke-interagerende fermioner ved absolut nul temperatur. Enkeltpartikeltilstanden i et kvantesystem henviser til tilstanden af ​​en enkelt partikel, der isoleres. Fermioner er partikler, der følger Fermi-Dirac-statistikker. Fermioner inkluderer hovedsageligt kvarker og leptoner sammen med elektroner, protoner og neutroner. Absolut nul temperatur er den nedre grænse for en termodynamisk temperatur skala.

En Fermi-gas er en gruppe af fermionpartikler, der ikke har nogen interaktion mellem disse fermioner. Derfor er det en fase af materien. Det er kendt, at den laveste besatte tilstand af en Fermi-gas har en nul kinetisk energi. Men den laveste besatte tilstand af et metal er bunden af ​​dets ledningsbånd (båndene tættest på Fermi-niveauerne, bestemmer således metalets elektriske ledningsevne).

Figur 01: En sammenligning af båndhullerne

Fermionerne adlyder Pauli-ekskluderingsprincippet (et princip, der siger to identiske fermioner, kan ikke besætte den samme kvantetilstand). Derfor kan Fermi-gasserne analyseres i dens enkeltpartikeltilstand. Der er forskellige enkeltpartikeltilstande med forskellige energier. Grundstatus for hele systemet kan findes ved at tilføje en partikel i systemet ad gangen. Disse tilføjede fermioner vil derefter besætte de laveste ubesatte stater i dette system. Fermi-energien kan bestemmes, når alle de ikke-besatte stater er blevet besat af fermioner. Dette betyder, at selvom al energi udvindes fra en Fermi-gas, vil fermionerne stadig bevæge sig i høje hastigheder.

Hvad er Fermi-niveau?

Fermi-niveau er et udtryk, der bruges til at beskrive indsamlingen af ​​elektronenerginiveauer ved absolut nul temperatur. Det er et koncept med Fermi-Dirac-statistikker. Fermi-niveauet angives med µ eller E_F. Det er en termodynamisk mængde af en fysisk krop.

Fermi-niveauet defineres for enhver temperatur. Fermi-niveauet refererer til den samlede kinetiske energi og potentielle energi i et termodynamisk system, der indeholder fermioner. Derfor kan Fermi-niveauet også kaldes det elektrokemiske potentiale for en Fermion. Fermi-niveauet kan defineres endda for fermioner, der er i komplekse interagerende systemer, når det termodynamiske ligevægtsstatus for dette system betragtes.

Hvad er forskellen mellem Fermi Energy og Fermi Level?

Fermi Energy vs Fermi Level
Fermi-energi er energiforskellen mellem de højeste og laveste optagede enkeltpartikelstilstande i et kvantesystem af ikke-interagerende fermioner ved absolut nul temperatur.	Fermi-niveau er et udtryk, der bruges til at beskrive indsamlingen af ​​elektronenerginiveauet ved absolut nul temperatur.
Temperatur
Fermienergi defineres kun for absolut nul temperatur.	Fermi-niveau er defineret for enhver temperatur.
Forhold til energi
Fermi-energi er den kinetiske energiforskel mellem højeste og laveste besatte enkeltpartikeltilstand.	Fermi-niveau henviser til den samlede kinetiske energi og potentielle energi i et termodynamisk system, der indeholder fermioner.
I metaller
Et metal's Fermi-energi er energiforskellen mellem Fermi-niveau og den lavest besatte enkeltpartikeltilstand.	Fermi-niveauet for et metal er energien i den højeste besatte enkeltpartikeltilstand ved absolut nul temperatur.
komponenter
Fermi-energien er kun defineret for ikke-interagerende fermioner.	Fermi-niveauet kan defineres selv for fermioner, der er i komplekse interagerende systemer.

Resumé - Fermi Energi vs Fermi niveau

Fermi energi og Fermi niveau er forvirrende udtryk, da de er tæt forbundet, men er forskellige fra hinanden. Forskellen mellem Fermi-energi og Fermi-niveau er, at Fermi-energi kun er defineret for absolut nul-temperatur, mens Fermi-niveau er defineret for enhver temperatur.

Reference:

1. "Fermi energi." Wikipedia, Wikimedia Foundation, 14. mar. 2018. Tilgængelig her 
2. "Fermi-niveau." Wikipedia, Wikimedia Foundation, 3. mar. 2018. Tilgængelig her
3. "Fermi-niveau." Fermi-niveau og Fermi-funktion. Tilgængelig her 

Billede høflighed:

1.'Band gap sammenligning'By induktiv indlæsning (CC BY-SA 2.5) via Commons Wikimedia