Ich bin etwas verwirrt über den Unterschied zwischen diesen beiden Konzepten. Laut Wikipedia sind die Fermi-Energie und das Fermi-Niveau eng verwandte Konzepte. Ist nach meinem Verständnis die Fermi-Energie das höchste besetzte Energieniveau eines Systems im absoluten Nullpunkt? Ist das korrekt? Was ist dann der Unterschied zwischen Fermi-Energie und Fermi-Niveau?
Wenn Sie ein typisches Metall betrachten, ist das höchste Energieband (dh das Leitungsband) teilweise gefüllt. Das Leitungsband ist effektiv kontinuierlich, sodass thermische Energie Elektronen innerhalb dieses Bandes anregen kann, wodurch Löcher weiter unten im Band zurückbleiben.
Am absoluten Nullpunkt gibt es keine thermische Energie, also füllen Elektronen das Band von unten beginnend und es gibt eine scharfe Grenze beim höchsten besetzten Energieniveau. Diese Energie definiert die Fermi-Energie.
Bei endlichen Temperaturen gibt es kein scharf definiertes energiereichstes Elektron, da thermische Energie kontinuierlich Elektronen innerhalb des Bandes anregt. Das Beste, was Sie tun können, ist, das Energieniveau mit einer Besetzungswahrscheinlichkeit von 50% zu definieren, und dies ist das Fermi-Niveau.
Es hängt davon ab, wen Sie fragen.
Wenn Sie jemanden fragen, der sich mit Festkörperphysik auskennt, wird er wahrscheinlich in Anlehnung an Colin McFaul oder John Rennie antworten: Das Fermi-Niveau ist dasselbe wie das chemische Potential (oder vielleicht sollte man sagen "elektrochemisches Potential"), dh die Energie bei bei dem ein Zustand eine Besetzungswahrscheinlichkeit von 50 % hat, während die Fermi-Energie das Fermi-Niveau am absoluten Nullpunkt ist.
Wenn Sie jemanden mit Halbleitertechnik-Hintergrund fragen, wird er wahrscheinlich dieselbe Definition von "Fermi-Niveau" geben, aber er wird sagen, dass "Fermi-Energie" genau dasselbe bedeutet wie Fermi-Niveau. (Die offensichtliche Frage lautet: „Welchen Begriff würde dann ein Halbleiteringenieur verwenden, um das Fermi-Niveau am absoluten Nullpunkt zu beschreiben? Die Antwort lautet: Sie nennen es „das Fermi-Niveau am absoluten Nullpunkt“!)
Die Fermi-Energie ist so, wie Sie es beschreiben: Es ist das höchste besetzte Niveau am absoluten Nullpunkt. Das Fermi-Niveau ist das chemische Potential. Es ist das Energieniveau mit einer Wahrscheinlichkeit von 50 %, bei endlicher Temperatur T besetzt zu werden. Die Fermi-Energie hängt nicht von der Temperatur ab; Das Fermi-Niveau hängt von der Temperatur ab.
Fermi-Niveau als Zustand mit 50%iger Wahrscheinlichkeit, von einem Elektron besetzt zu werden, für die gegebene Temperatur des Festkörpers und bei absoluter Nulltemperatur beträgt die Besetzung 100%.
Die Fermi-Energie ist die entsprechende Energie des Fermi-Niveaus.
Die Fermi-Energie ist die Differenz der Energien des höchsten und niedrigsten besetzten Einzelzustandsteilchens. Das Fermi-Niveau ist jedoch die Summe der Gesamtenergie eines Teilchens (dh die Summe aus kinetischer und potentieller Energie).
QMechaniker