Ключевое различие между энергией Ферми и уровнем Ферми заключается в том, что энергия Ферми - это энергия уровня Ферми, тогда как уровень Ферми - это мера наименее прочно связанных электронов в твердом теле.
Термины энергия Ферми и уровень Ферми названы в честь физика Энрико Ферми. Энергия Ферми - это значение энергии уровня Ферми при температуре абсолютного нуля (при 0 К), а уровень Ферми - это химический потенциал электронов.
Что такое энергия Ферми?
Энергия Ферми - это значение энергии уровня Ферми при температуре абсолютного нуля (при 0 К). Это максимальная кинетическая энергия, которую электрон может иметь при данной температуре. Более того, величина энергии Ферми постоянна для конкретного твердого тела. Мы можем определить термин энергия Ферми как наивысший занятый энергетический уровень материала при температуре абсолютного нуля. Другими словами, все электроны твердого тела имеют тенденцию занимать энергетические состояния, равные или ниже энергии Ферми твердого тела при температуре 0 К..
В металлах энергия Ферми дает скорость электронов во время проводимости. Поэтому при проводимости металлов вклад в процесс будут вносить только электроны, имеющие энергию, близкую к энергии Ферми.
Рисунок 01: Сравнение ширины запрещенной зоны металла, полупроводника и изолятора
Кроме того, понятие энергии Ферми важно для описания поведения полупроводников. Например, полупроводники n-типа имеют энергию Ферми, близкую к зоне проводимости. Напротив, полупроводники p-типа имеют энергию Ферми, близкую к валентной зоне.
Что такое уровень Ферми?
Уровень Ферми – это химический потенциал электронов. Это энергетический уровень, при котором вероятность обнаружения электрона составляет 50%. Это самая высокая занятая молекулярная орбиталь в валентной зоне при 0 К. Следовательно, существует много вакантных состояний для приема электронов. Уровень Ферми расположен в запрещенной зоне, между зоной проводимости и валентной зоной.
В чем разница между энергией Ферми и уровнем Ферми?
Энергия Ферми - это значение энергии уровня Ферми при температуре абсолютного нуля (при 0 К), а уровень Ферми - это химический потенциал электронов. Таким образом, мы можем сказать, что ключевое различие между энергией Ферми и уровнем Ферми заключается в том, что энергия Ферми - это энергия уровня Ферми, тогда как уровень Ферми - это мера наименее прочно связанных электронов в твердом теле.
Ниже на инфографике представлена дополнительная информация о разнице между энергией Ферми и уровнем Ферми.
Резюме – Энергия Ферми и уровень Ферми
Энергия Ферми - это значение энергии уровня Ферми при температуре абсолютного нуля (при 0 К), а уровень Ферми - это химический потенциал электронов. Следовательно, ключевое различие между энергией Ферми и уровнем Ферми заключается в том, что энергия Ферми - это энергия уровня Ферми, тогда как уровень Ферми - это мера наименее прочно связанных электронов в твердом теле.
