Différence entre l'énergie de Fermi et le niveau de Fermi

Différence clé - Fermi Énergie vs niveau de Fermi
 

L'énergie de Fermi et le niveau de Fermi sont deux termes distincts qui sont souvent utilisés de manière interchangeable. L'énergie de Fermi est une différence d'énergie de l'énergie cinétique d'un système contenant des fermions, alors que le niveau de Fermi est un ensemble d'énergies cinétiques et potentielles d'un système contenant des fermions. le différence clé entre l'énergie de Fermi et le niveau de Fermi est que L'énergie de Fermi est définie uniquement pour la température zéro absolu, tandis que le niveau de Fermi est défini pour toute température.

CONTENU

1. Vue d'ensemble et différence clé
2. Qu'est-ce que Fermi Energy?
3. Quel est le niveau de Fermi
4. Comparaison côte à côte - Fermi Energy et le niveau de Fermi sous forme tabulaire
5. Résumé

Qu'est-ce que Fermi Energy??

L'énergie de Fermi est la différence d'énergie entre les états à particule unique occupés les plus élevés et les plus bas dans un système quantique de fermions sans interaction à la température zéro absolu. L'état de particule unique d'un système quantique fait référence à l'état d'une particule isolée en cours d'isolation. Les fermions sont des particules qui suivent les statistiques de Fermi-Dirac. Les fermions comprennent principalement des quarks et des leptons ainsi que des électrons, des protons et des neutrons. La température zéro absolu est la limite inférieure d'une échelle de température thermodynamique.

Un gaz de Fermi est un groupe de particules de fermions n'ayant aucune interaction entre ces fermions. C'est donc une phase de la matière. L’état le plus bas d’un gaz de Fermi est connu pour avoir une énergie cinétique nulle. Mais l'état occupé le plus bas d'un métal est le bas de sa bande de conduction (les bandes les plus proches des niveaux de Fermi déterminent donc la conductivité électrique du métal).

Figure 01: Comparaison des écarts de bande

Les fermions obéissent au principe d'exclusion de Pauli (un principe qui énonce deux fermions identiques ne peut pas occuper le même état quantique). Par conséquent, les gaz de Fermi peuvent être analysés dans leur état de particule unique. Il existe différents états à une seule particule ayant différentes énergies. L'état fondamental de tout le système peut être trouvé en ajoutant une particule à la fois dans le système. Ces fermions ajoutés occuperont alors les états inoccupés les plus bas de ce système. L'énergie de Fermi peut être déterminée quand tous les états inoccupés ont été occupés par des fermions. Cela signifie que même si toute l'énergie est extraite d'un gaz de Fermi, les fermions seront toujours en mouvement à des vitesses élevées..

Quel est le niveau de Fermi?

Le niveau de Fermi est un terme utilisé pour décrire la collection des niveaux d'énergie des électrons à une température absolue zéro. C'est un concept des statistiques de Fermi-Dirac. Le niveau de Fermi est noté µ ou E_F. C'est une quantité thermodynamique d'un corps physique.

Le niveau de Fermi est défini pour toute température. Le niveau de Fermi correspond au total de l’énergie cinétique et de l’énergie potentielle d’un système thermodynamique contenant des fermions. Par conséquent, le niveau de Fermi peut également être nommé comme potentiel électrochimique d'un Fermion. Le niveau de Fermi peut être défini même pour les fermions qui se trouvent dans des systèmes complexes en interaction lorsque l'état d'équilibre thermodynamique de ce système est considéré.

Quelle est la différence entre l'énergie de Fermi et le niveau de Fermi?

Fermi Energy vs niveau de Fermi
L'énergie de Fermi est la différence d'énergie entre les états à particule unique occupés les plus élevés et les plus bas dans un système quantique de fermions sans interaction à la température zéro absolu.	Le niveau de Fermi est un terme utilisé pour décrire la collection de niveaux d'énergie d'électrons à une température absolue zéro.
Température
L'énergie de Fermi est définie uniquement pour la température zéro absolu.	Le niveau de Fermi est défini pour toute température.
Relation avec l'énergie
L'énergie de Fermi est la différence d'énergie cinétique entre les états à particule unique occupés les plus élevés et les plus bas.	Le niveau de Fermi correspond au total de l’énergie cinétique et de l’énergie potentielle d’un système thermodynamique contenant des fermions..
Dans les métaux
L'énergie de Fermi d'un métal est la différence d'énergie entre le niveau de Fermi et l'état à particule unique occupé le plus bas.	Le niveau de Fermi d'un métal est l'énergie de l'état de la particule la plus occupée à la température zéro absolu.
Composants
L'énergie de Fermi est définie uniquement pour les fermions sans interaction.	Le niveau de Fermi peut être défini même pour les fermions se trouvant dans des systèmes complexes en interaction.

Résumé - Fermi Énergie vs niveau de Fermi

L'énergie de Fermi et le niveau de Fermi sont des termes confus puisqu'ils sont étroitement liés, mais sont différents l'un de l'autre. La différence entre l'énergie de Fermi et le niveau de Fermi est que l'énergie de Fermi est définie uniquement pour la température zéro absolu, tandis que le niveau de Fermi est défini pour toute température..

Référence:

1. «Énergie Fermi». Wikipédia, Wikimedia Foundation, 14 mars 2018.. Disponible ici 
2. «Niveau Fermi». Wikipedia, Wikimedia Foundation, 3 mars 2018. Disponible ici
3. «Niveau de Fermi». Niveau de Fermi et fonction de Fermi. Disponible ici 

Courtoisie d'image:

1. «Comparaison des écarts de bande» par charge inductive  (CC BY-SA 2.5) via Wikimedia Commons