Skillnad mellan Fermi Energy och Fermi Level

Huvudskillnad - Fermi Energi mot Fermi Level
 

Fermi energi och Fermi nivå är två separata termer som ofta används utbytbart. Fermi-energin är en energiförskjutning av den kinetiska energin hos ett system som innehåller fermioner medan Fermi-nivån är en samling av kinetiska och potentiella energier i ett system som innehåller fermioner. De nyckelskillnad mellan Fermi energi och Fermi nivå är det Fermi energi definieras endast för absolut noll temperatur medan Fermi nivå definieras för vilken temperatur som helst.

INNEHÅLL

1. Översikt och nyckelskillnad
2. Vad är Fermi Energy
3. Vad är Fermi Level
4. Jämförelse vid sida vid sida - Fermi Energy vs Fermi Level i tabellform
5. Sammanfattning

Vad är Fermi Energy?

Fermi-energi är energiförskjutningen mellan de högsta och lägsta upptagna singeldeltillstånden i ett kvantesystem av icke-interagerande fermioner vid absolut noll-temperatur. Enkeltpartikeltillståndet i ett kvantsystem avser att tillståndet för en enda partikel isoleras. Fermioner är partiklar som följer Fermi-Dirac-statistiken. Fermioner innehåller främst kvarker och leptoner tillsammans med elektroner, protoner och neutroner. Absolut noll temperatur är den nedre gränsen för en termodynamisk temperatur skala.

En Fermi-gas är en grupp av fermionpartiklar som inte har några interaktioner mellan dessa fermioner. Därför är det en fas av materia. Det lägsta upptaget tillståndet hos en Fermi-gas är känt för att ha en noll kinetisk energi. Men det lägsta upptagna tillståndet hos en metall är botten av dess ledningsband (banden som är närmast Fermi-nivåerna, bestämmer således metallens elektriska ledningsförmåga).

Figur 01: En jämförelse av bandgaparna

Fermionerna följer principen om uteslutande av Pauli (en princip som anger två identiska fermioner kan inte uppta samma kvanttillstånd). Därför kan Fermi-gaserna analyseras i sitt enda partikel-tillstånd. Det finns olika enskilda partikelstater med olika energier. Marksystemet för hela systemet kan hittas genom tillsats av en partikel i systemet åt gången. Dessa tillsatta fermioner kommer då att uppta de lägsta lediga tillstånden i det systemet. Fermi-energin kan bestämmas när alla oupptagna stater har ockuperats av fermioner. Detta betyder att även om all energi extraheras från en Fermi-gas kommer fermionerna fortfarande att vara i rörelse vid höga hastigheter.

Vad är Fermi Level?

Fermi-nivå är en term som används för att beskriva uppsamlingen av elektronenerginivåer vid absolut noll temperatur. Det är ett begrepp med Fermi-Dirac-statistiken. Fermi-nivån är betecknad med μ eller E_F. Det är en termodynamisk mängd av en fysisk kropp.

Fermi-nivån är definierad för vilken temperatur som helst. Fermi-nivån avser total kinetisk energi och potentiell energi i ett termodynamiskt system som innehåller fermioner. Därför kan Fermi-nivån också benämnas den elektrokemiska potentialen hos en Fermion. Fermi-nivån kan definieras jämn för fermioner som befinner sig i komplexa interaktiva system när det termodynamiska jämviktsläget för det systemet anses.

Vad är skillnaden mellan Fermi Energy och Fermi Level?

Fermi Energy vs Fermi Level
Fermi energi är energiförskjutningen mellan de högsta och lägsta upptagna singeldeltillstånden i ett kvantesystem av icke-interagerande fermioner vid absolut noll temperatur.	Fermi-nivå är en term som används för att beskriva uppsamlingen av elektronenerginivåer vid absolut noll temperatur.
Temperatur
Fermi energi definieras endast för absolut noll temperatur.	Fermi-nivå definieras för vilken temperatur som helst.
Förhållande till energi
Fermi energi är den kinetiska energiförskjutningen mellan högsta och lägsta upptagna enpartikel-tillstånd.	Fermi-nivå avser total kinetisk energi och potentiell energi i ett termodynamiskt system som innehåller fermioner.
I Metaller
Fermi-energin hos en metall är energiförskjutningen mellan Fermi-nivån och det lägsta upptagna engångspartietillståndet.	Fermi-nivån hos en metall är energin i det högsta upptagna singelpartikelstaten vid absolut noll temperatur.
Komponenter
Fermi-energin definieras endast för icke-interagerande fermioner.	Fermi-nivån kan definieras jämn för fermioner som finns i komplexa interaktiva system.

Sammanfattning - Fermi Energi mot Fermi Level

Fermi energi och Fermi nivå är förvirrande termer eftersom de är nära relaterade, men skiljer sig från varandra. Skillnaden mellan Fermi energi och Fermi nivå är att Fermi energi definieras endast för absolut noll temperatur medan Fermi nivå definieras för vilken temperatur som helst.

Referens:

1. "Fermi energi." Wikipedia, Wikimedia Foundation, 14 mars 2018. Tillgänglig här 
2. "Fermi-nivå". Wikipedia, Wikimedia Foundation, 3 mars 2018. Tillgänglig här
3. "Fermi Level." Fermi nivå och Fermi funktion. Tillgänglig här 

Image Courtesy:

1. "Bind gap jämförelse" Med induktiva laddningar  (CC BY-SA 2.5) via Commons Wikimedia