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

Chloé Moulin

Différence clé - Fermi Énergie VS Niveau Fermi

L'énergie de Fermi et le niveau de Fermi sont deux termes distincts qui sont souvent utilisés de manière interchangeable. L'énergie Fermi est une différence d'énergie de l'énergie cinétique d'un système contenant des fermions tandis que le niveau de Fermi est une collection 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 absolue tandis que le niveau de Fermi est défini pour toute température.

CONTENU

1. Aperçu et différence clé
2. Qu'est-ce que l'énergie Fermi
3. Qu'est-ce que le niveau de Fermi
4. Comparaison côte à côte - Fermi Energy vs Fermi Niveau sous forme tabulaire
5. Résumé

Qu'est-ce que l'énergie Fermi?

L'énergie de Fermi est la différence d'énergie entre les états à une seule particule occupés les plus élevés et les plus basses dans un système quantique de fermions non interactifs à température nulle absolue. L'état à une seule particule d'un système quantique se réfère à l'état d'une seule particule isolée. 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 absolue est la limite inférieure d'une échelle de température thermodynamique.

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

Figure 01: Une comparaison des lacunes de la bande

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

Qu'est-ce que le niveau de Fermi?

Le niveau de Fermi est un terme utilisé pour décrire la collecte de niveaux d'énergie d'électrons à la température absolue. C'est un concept de statistiques de Fermi-Dirac. Le niveau de Fermi est indiqué par 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 fait référence 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 le potentiel électrochimique d'un fermion. Le niveau de Fermi peut être défini même pour les fermions qui sont dans des systèmes d'interaction complexes 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 Fermi Level
L'énergie de Fermi est la différence d'énergie entre les états à une seule particule occupés les plus élevés et les plus basses dans un système quantique de fermions non interactifs à température nulle absolue.	Le niveau de Fermi est un terme utilisé pour décrire la collecte de niveaux d'énergie d'électrons à la température absolue.
Température
L'énergie de Fermi est définie uniquement pour la température zéro absolue.	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 une seule particule occupés les plus élevés et les plus bas.	Le niveau de Fermi fait référence au total de l'énergie cinétique et de l'énergie potentielle d'un système thermodynamique contenant des fermions.
En métaux
L'énergie Fermi d'un métal est la différence d'énergie entre le niveau de Fermi et l'état de particule unique occupé.	Le niveau de Fermi d'un métal est l'énergie de l'état de particules unique le plus occupé à la température zéro absolue.
Composants
L'énergie Fermi est définie uniquement pour les fermions non interactifs.	Le niveau de Fermi peut être défini même pour les fermions qui sont dans des systèmes d'interaction complexes.

Résumé - Fermi Énergie VS Niveau Fermi

L'énergie de Fermi et le niveau de Fermi sont déroutants, car ils sont étroitement liés, mais sont différents les uns des autres. La différence entre l'énergie de Fermi et le niveau de Fermi est que l'énergie de Fermi n'est définie que pour la température zéro absolue tandis que le niveau de Fermi est défini pour toute température.

Référence:

1.«Fermi Energy.»Wikipedia, Wikimedia Foundation, 14 mars. 2018. Disponible ici
2.«Niveau de Fermi.»Wikipedia, Wikimedia Foundation, 3 mars. 2018. Disponible ici
3.«Niveau de Fermi.”Fermi Level et Fermi Fonction. Disponible ici