Rozdíl mezi energií Fermi a úrovní Fermi

Klíčový rozdíl - Fermi Energie vs Fermi Level
 

Fermiho energie a Fermiho hladina jsou dva odlišné termíny, které se často používají zaměnitelně. Fermiho energie je energetický rozdíl kinetické energie systému obsahujícího fermiony, zatímco Fermiho úroveň je soubor kinetických a potenciálních energií systému obsahujícího fermiony. klíčový rozdíl mezi energií Fermi a úrovní Fermi je to Fermiho energie je definována pouze pro absolutní nulovou teplotu, zatímco Fermiho hladina je definována pro jakoukoli teplotu.

OBSAH

1. Přehled a klíčový rozdíl
2. Co je to Fermi Energy
3. Co je Fermiho úroveň
4. Srovnání bok po boku - Fermiho energie vs. Fermiho hladina v tabulkové formě
5. Shrnutí

Co je Fermi Energy?

Fermiho energie je energetický rozdíl mezi nejvyšším a nejnižším obsazeným stavem jednotlivých částic v kvantovém systému neinteragujících fermionů při absolutní nulové teplotě. Stav jedné částice kvantového systému se týká stavu izolované jednotlivé částice. Fermiony jsou částice, které sledují statistiky Fermi-Diraca. Fermiony zahrnují hlavně kvarky a leptony spolu s elektrony, protony a neutrony. Absolutní nulová teplota je dolní mez termodynamické teplotní stupnice.

Fermiho plyn je skupina částic fermionu, která mezi těmito fermiony nemá žádné interakce. Je to tedy fáze hmoty. Je známo, že nejnižší obsazený stav Fermiho plynu má nulovou kinetickou energii. Ale nejnižší obsazený stav kovu je dno jeho vodivého pásma (pásma nejblíže k hladinám Fermi, tedy určují elektrickou vodivost kovu).

Obrázek 01: Porovnání pásmových mezer

Fermiony dodržují zásadu Pauliho vyloučení (princip, který uvádí, že dvě identické fermiony nemohou obsadit stejný kvantový stav). Fermiho plyny mohou být proto analyzovány ve stavu jedné částice. Existují různé stavy jednotlivých částic, které mají různé energie. Základní stav celého systému lze nalézt přidáním jedné částice do systému najednou. Tyto přidané fermiony pak obsadí nejnižší neobsazené stavy tohoto systému. Fermiho energii lze určit, když byly všechny neobsazené státy okupovány fermiony. To znamená, že i když veškerá energie je extrahována z fermiho plynu, budou fermiony stále v pohybu při vysokých rychlostech.

Co je Fermiho úroveň?

Fermiho hladina je termín používaný k popisu sběru hladin energie elektronů při absolutní nulové teplotě. Je to koncept statistiky Fermi-Dirac. Úroveň Fermi je označena µ nebo E_F. Je to termodynamická veličina fyzického těla.

Hladina Fermi je definována pro jakoukoli teplotu. Úroveň Fermi označuje celkovou kinetickou energii a potenciální energii termodynamického systému obsahujícího fermiony. Proto může být Fermiho hladina také pojmenována jako elektrochemický potenciál Fermionu. Fermiho hladina může být definována i pro fermiony, které jsou ve složitých interakčních systémech, když je uvažován termodynamický rovnovážný stav tohoto systému.

Jaký je rozdíl mezi energií Fermi a úrovní Fermi?

Fermi Energy vs Fermi Level
Fermiho energie je energetický rozdíl mezi nejvyšším a nejnižším obsazeným stavem jednotlivých částic v kvantovém systému neinteragujících fermionů při absolutní nulové teplotě.	Fermiho hladina je termín používaný k popisu sběru hladin energie elektronů při absolutní nulové teplotě.
Teplota
Fermiho energie je definována pouze pro absolutní nulovou teplotu.	Hladina fermi je definována pro jakoukoli teplotu.
Vztah s energií
Fermiho energie je kinetický energetický rozdíl mezi nejvyšším a nejnižším obsazeným stavem jednotlivých částic.	Hladina fermi označuje celkovou kinetickou energii a potenciální energii termodynamického systému obsahujícího fermiony.
In Metals
Fermiho energie kovu je energetický rozdíl mezi hladinou Fermi a nejnižším obsazeným stavem jedné částice.	Fermiho hladina kovu je energie nejvyššího stavu obsazené jednotlivé částice při absolutně nulové teplotě.
Komponenty
Fermiho energie je definována pouze pro neinteragující fermiony.	Úroveň Fermi lze definovat i pro fermiony, které jsou ve složitých interakčních systémech.

souhrn - Fermi Energie vs Fermi Level

Fermiho energie a úroveň Fermi jsou matoucí pojmy, protože úzce souvisí, ale liší se od sebe navzájem. Rozdíl mezi energií Fermi a hladinou Fermi je ten, že energie Fermi je definována pouze pro absolutní nulovou teplotu, zatímco hladina Fermi je definována pro jakoukoli teplotu.

Odkaz:

1. „Fermiho energie.“ Wikipedia, Wikimedia Foundation, 14. března 2018. K dispozici zde 
2. „Úroveň Fermi.“ Wikipedia, Wikimedia Foundation, 3. března 2018. K dispozici zde
3. „Fermi Level“. Fermiho hladina a Fermiho funkce. K dispozici zde 

Obrázek se svolením:

1. 'Porovnání mezer' indukční zátěží (CC BY-SA 2.5) přes Commons Wikimedia