Разница между энергией Ферми и уровнем Ферми

Ключевая разница - Ферми энергии против уровня Ферми
 

Энергия Ферми и уровень Ферми - это два разных термина, которые часто используются взаимозаменяемо. Энергия Ферми представляет собой разность энергий кинетической энергии системы, содержащей фермионы, тогда как уровень Ферми представляет собой совокупность кинетической и потенциальной энергий системы, содержащей фермионы. ключевое отличие между энергией Ферми и уровнем Ферми является то, что Энергия Ферми определяется только для абсолютно нулевой температуры, тогда как уровень Ферми определяется для любой температуры..

СОДЕРЖАНИЕ

1. Обзор и основные отличия
2. Что такое энергия Ферми?
3. Что такое уровень Ферми?
4. Сравнение в ряд - энергия Ферми против уровня Ферми в табличной форме
5. Резюме

Что такое Fermi Energy?

Энергия Ферми - это разность энергий между самым высоким и самым низким занятыми одночастичными состояниями в квантовой системе невзаимодействующих фермионов при абсолютной нулевой температуре. Одночастичное состояние квантовой системы относится к состоянию изолированной отдельной частицы. Фермионы - это частицы, которые следуют статистике Ферми-Дирака. Фермионы в основном включают кварки и лептоны, а также электроны, протоны и нейтроны. Абсолютная нулевая температура - это нижний предел термодинамической температурной шкалы..

Ферми-газ представляет собой группу фермионных частиц, не имеющих взаимодействия между этими фермионами. Следовательно, это фаза материи. Известно, что низшее состояние ферми-газа имеет нулевую кинетическую энергию. Но самое низкое занятое состояние металла - это дно его зоны проводимости (полосы, наиболее близкие к уровням Ферми, таким образом определяют электропроводность металла).

Рисунок 01: Сравнение разрывов группы

Фермионы подчиняются принципу исключения Паули (принцип, согласно которому два идентичных фермиона не могут занимать одно и то же квантовое состояние). Следовательно, ферми-газы можно анализировать в одночастичном состоянии. Существуют разные одночастичные состояния, имеющие разные энергии. Основное состояние всей системы может быть найдено путем добавления одной частицы в систему за раз. Эти добавленные фермионы будут затем занимать самые низкие незанятые состояния этой системы. Энергия Ферми может быть определена, когда все незанятые состояния заняты фермионами. Это означает, что даже если вся энергия извлечена из ферми-газа, фермионы все еще будут двигаться на высоких скоростях.

Что такое уровень Ферми??

Уровень Ферми - это термин, используемый для описания совокупности уровней энергии электронов при абсолютной нулевой температуре. Это понятие статистики Ферми-Дирака. Уровень Ферми обозначается через µ или E_F. Это термодинамическая величина физического тела.

Уровень Ферми определяется для любой температуры. Уровень Ферми относится к общей кинетической энергии и потенциальной энергии термодинамической системы, содержащей фермионы. Поэтому уровень Ферми можно также назвать электрохимическим потенциалом Фермиона. Уровень Ферми может быть определен даже для фермионов, находящихся в сложных взаимодействующих системах, когда рассматривается термодинамическое равновесное состояние этой системы..

В чем разница между энергией Ферми и уровнем Ферми?

Ферми Энергия против уровня Ферми
Энергия Ферми - это разность энергий между самым высоким и самым низким занятыми одночастичными состояниями в квантовой системе невзаимодействующих фермионов при абсолютной нулевой температуре.	Уровень Ферми - это термин, используемый для описания совокупности уровней энергии электронов при абсолютной нулевой температуре..
температура
Энергия Ферми определяется только для абсолютного нуля температуры.	Уровень Ферми определяется для любой температуры.
Отношения с энергией
Энергия Ферми - это разность кинетической энергии между высшими и низшими занятыми одночастичными состояниями..	Уровень Ферми относится к общей кинетической энергии и потенциальной энергии термодинамической системы, содержащей фермионы..
В металлах
Энергия Ферми металла представляет собой разность энергий между уровнем Ферми и низшим занятым одночастичным состоянием.	Уровень Ферми в металле - это энергия самого высокого занятого одночастичного состояния при абсолютной нулевой температуре.
Компоненты
Энергия Ферми определяется только для невзаимодействующих фермионов.	Уровень Ферми можно определить даже для фермионов, находящихся в сложных взаимодействующих системах..

Резюме - Ферми энергии против уровня Ферми

Энергия Ферми и уровень Ферми - запутанные термины, так как они тесно связаны, но отличаются друг от друга. Разница между энергией Ферми и уровнем Ферми состоит в том, что энергия Ферми определяется только для абсолютной нулевой температуры, тогда как уровень Ферми определяется для любой температуры..

Ссылка:

1. «Энергия Ферми». Википедия, Фонд Викимедиа, 14 марта 2018 г. Доступно здесь 
2. «Уровень Ферми». Википедия, Фонд Викимедиа, 3 марта 2018 г. Доступно здесь
3. «Уровень Ферми». Уровень Ферми и функция Ферми. Доступна здесь 

Изображение предоставлено:

1. «Сравнение запрещенных зон» по индуктивной нагрузке (CC BY-SA 2.5) через Commons Wikimedia