Differenza chiave - Fermi Energy vs Fermi Level
L'energia di Fermi e il livello di Fermi sono due termini distinti che vengono spesso usati in modo intercambiabile. L'energia di Fermi è una differenza di energia dell'energia cinetica di un sistema contenente fermioni mentre il livello di Fermi è una raccolta di energie cinetiche e potenziali di un sistema contenente fermioni. La differenza chiave tra l'energia di Fermi e il livello di Fermi è quella L' energia di Fermi è definita solo per la temperatura dello zero assoluto mentre il livello di Fermi è definito per qualsiasi temperatura.
CONTENUTI
1. Panoramica e differenza chiave
2. Cos'è Fermi Energy
3. Cos'è il livello di Fermi?
4. Confronto affiancato - Fermi Energy vs Fermi Level in forma tabulare
5. Riepilogo
Cos'è Fermi Energy?
L'energia di Fermi è la differenza di energia tra gli stati di singola particella occupati più alti e più bassi in un sistema quantistico di fermioni non interagenti a temperatura zero assoluto. Lo stato di una singola particella di un sistema quantistico si riferisce allo stato di una singola particella che viene isolata. I fermioni sono particelle che seguono le statistiche di Fermi-Dirac. I fermioni includono principalmente quark e leptoni insieme a elettroni, protoni e neutroni. La temperatura zero assoluto è il limite inferiore di una scala di temperatura termodinamica.
Un gas di Fermi è un gruppo di particelle di fermioni che non hanno interazioni tra quei fermioni. Quindi, è una fase della materia . È noto che lo stato più basso occupato di un gas di Fermi ha un'energia cinetica nulla. Ma lo stato più basso occupato di un metallo è il fondo della sua banda di conduzione (le bande più vicine ai livelli di Fermi, determinano quindi la conduttività elettrica del metallo).
Figura 01: confronto tra i band gap
I fermioni obbediscono al principio di esclusione di Pauli (un principio che afferma che due fermioni identici non possono occupare lo stesso stato quantistico). Pertanto, i gas di Fermi possono essere analizzati nel suo stato di singola particella. Ci sono diversi stati di singola particella con energie diverse. Lo stato fondamentale dell'intero sistema può essere trovato aggiungendo una particella alla volta nel sistema. Questi fermioni aggiunti occuperanno quindi gli stati non occupati più bassi di quel sistema. L'energia di Fermi può essere determinata quando tutti gli stati non occupati sono stati occupati da fermioni. Ciò significa che, anche se tutta l'energia viene estratta da un gas di Fermi, i fermioni saranno ancora in movimento ad alta velocità.
Cos'è il livello di Fermi?
Il livello di Fermi è un termine usato per descrivere la raccolta dei livelli di energia degli elettroni alla temperatura dello zero assoluto. È un concetto delle statistiche di Fermi-Dirac. Il livello di Fermi è indicato con µ o E F . È una quantità termodinamica di un corpo fisico.
Il livello di Fermi è definito per qualsiasi temperatura. Il livello di Fermi si riferisce alla somma dell'energia cinetica e dell'energia potenziale di un sistema termodinamico contenente fermioni. Pertanto, il livello di Fermi può anche essere chiamato potenziale elettrochimico di un Fermione. Il livello di Fermi può essere definito anche per fermioni che si trovano in sistemi interagenti complessi quando si considera lo stato di equilibrio termodinamico di quel sistema.
Qual è la differenza tra Fermi Energy e Fermi Level?
Fermi Energy vs Fermi Level | |
| L'energia di Fermi è la differenza di energia tra gli stati di singola particella occupati più alti e più bassi in un sistema quantistico di fermioni non interagenti a temperatura zero assoluto. | Il livello di Fermi è un termine usato per descrivere la raccolta dei livelli di energia degli elettroni alla temperatura dello zero assoluto. |
| Temperatura | |
| L'energia di Fermi è definita solo per la temperatura zero assoluto. | Il livello di Fermi è definito per qualsiasi temperatura. |
| Rapporto con l'energia | |
| L'energia di Fermi è la differenza di energia cinetica tra gli stati di singola particella occupati più alti e più bassi. | Il livello di Fermi si riferisce alla somma dell'energia cinetica e dell'energia potenziale di un sistema termodinamico contenente fermioni. |
| Nei metalli | |
| L'energia di Fermi di un metallo è la differenza di energia tra il livello di Fermi e lo stato di singola particella più basso occupato. | Il livello di Fermi di un metallo è l'energia dello stato di singola particella più alto occupato alla temperatura dello zero assoluto. |
| Componenti | |
| L'energia di Fermi è definita solo per fermioni non interagenti. | Il livello di Fermi può essere definito anche per fermioni che si trovano in sistemi interagenti complessi. |
Sommario - Fermi Energy vs Fermi Level
L'energia di Fermi e il livello di Fermi sono termini confusi poiché strettamente correlati, ma sono diversi l'uno dall'altro. La differenza tra l'energia di Fermi e il livello di Fermi è che l'energia di Fermi è definita solo per la temperatura dello zero assoluto mentre il livello di Fermi è definito per qualsiasi temperatura.
Riferimento:
1. “Energia di Fermi”. Wikipedia, Wikimedia Foundation, 14 marzo 2018. Disponibile qui
2.“Livello di Fermi”. Wikipedia, Wikimedia Foundation, 3 marzo 2018. Disponibile qui
3. "Livello Fermi". Livello di Fermi e funzione di Fermi. Disponibile qui
Cortesia dell'immagine:
1. "Confronto del gap di banda" Per carico induttivo (CC BY-SA 2.5) tramite Commons Wikimedia
