关键区别——费米能量与费米能级
费米能量和费米能级是两个不同的术语,经常互换使用。费米能级是含费米子系统动能的能量差,而费米能级是含费米子系统动能和势能的集合。费米能级和费米能级之间的关键区别在于,费米能级只针对绝对零度温度定义,而费米能级则是针对任何温度定义的。
目录
1. 概述和主要区别
2. 什么是费米能量
3. 费米能级是多少
4. 并列比较-费米能量与费米能级的表格形式
5. 摘要
什么是费米能量(fermi energy)?
费米能量是指在绝对零温度下,非相互作用费米子量子系统中,最高和最低占据的单粒子态之间的能量差。量子系统的单粒子态是指单个粒子被孤立的状态。费米子是遵循费米-狄拉克统计的粒子。费米子主要包括夸克和轻子以及电子、质子和中子。绝对零度是热力学温标的下限。
费米气体是一组费米子粒子,它们之间没有相互作用。因此,它是物质的一个阶段。费米气体的最低占据态是零动能。但金属的最低占据状态是导带的底部(最接近费米能级的能带,因此决定了金属的导电性)。
费米子服从泡利不相容原理(两个完全相同的费米子不能占据同一量子态的原理)。因此,费米气体可以在单粒子状态下进行分析。不同的单粒子态有不同的能量。通过一次向系统中添加一个粒子,可以找到整个系统的基态。这些增加的费米子将占据该系统中最低的空闲态。当所有未被占据的态都被费米子占据时,费米能量可以被确定。这意味着,即使所有的能量都是从费米气体中提取出来的,费米子仍然会高速运动。
什么是费米能级(fermi level)?
费米能级是用来描述在绝对零度温度下电子能级的集合。这是费米-狄拉克统计的一个概念。费米能级用µ或EF表示。它是一个物理体的热力学量。
费米能级是针对任何温度定义的。费米能级是指含有费米子的热力学系统的动能和势能之和。因此,费米能级也可以称为费米子的电化学势。当考虑系统的热力学平衡态时,即使对于处于复杂相互作用系统中的费米子也可以定义费米能级。
费米能量(fermi energy)和费米能级(fermi level)的区别
费米能量与费米能级 | |
费米能量是指在绝对零温度下,非相互作用费米子量子系统中,最高和最低占据的单粒子态之间的能量差。 | 费米能级是用来描述在绝对零度温度下电子能级的集合。 |
温度 | |
费米能量只定义为绝对零温度。 | 费米能级定义为任何温度。 |
与能源的关系 | |
费米能量是最高和最低占领单粒子态之间的动能差。 | 费米能级是指含有费米子的热力学系统的动能和势能之和。 |
在金属中 | |
金属的费米能是费米能级与最低占据单粒子态之间的能量差。 | 金属的费米能级是在绝对零温度下最高占据的单粒子态的能量。 |
组件 | |
费米能量只定义为非相互作用费米子。 | 费米能级甚至可以定义为复杂相互作用系统中的费米子。 |
总结 - 费米能量(fermi energy) vs. 费米能级(fermi level)
费米能量和费米能级是一个令人困惑的术语,因为它们密切相关,但又不同。费米能级和费米能级的区别在于,费米能级只定义在绝对零度温度下,而费米能级则定义在任何温度下。
引用
1.“费米能源”,维基百科,维基媒体基金会,2018年3月14日。此处提供2。“费米水平”,维基百科,维基媒体基金会,2018年3月3日。费米能级。费米能级和费米函数。此处提供
2.“费米水平”,维基百科,维基媒体基金会,2018年3月3日。
3.“费米能级。”费米能级和费米函数。