энергия ферми

Ответ от Ирина Акулова[гуру]
Энергия Ферми
В физике, энергия Ферми (EF) системы невзаимодействующих фермионов - это увеличение энергии основного состояния системы при добавлении одной частицы. Это эквивалентно химическому потенциалу системы в ее основном состоянии при абсолютном нуле температур. Это может также интерпретироваться как максимальная энергия фермиона в основном состоянии. Энергия Ферми - одно из центральных понятий физики твёрдого тела.
Согласно квантовой механике, фермионы - частицы с полуцелым спином, обычно 1/2, такие как электроны - подчиняются принципу запрета Паули... В свободном электронном газе (квантовомеханическая версия идеального газа фермионов) квантовые состояния могут быть помечены согласно их импульсу. Кое-что подобное можно сделать для периодических систем, типа электронов движущихся в атомной решётке металла, используя так называемый квазиимпульс (Частица в периодическом потенциале). В любом случае, состояния с энергией Ферми расположены на поверхности в пространстве импульсов, известной как поверхность Ферми. Для свободного электронного газа, поверхность Ферми — поверхность сферы; для периодических систем, она вообще имеет искаженную форму. Объем заключённый под поверхностью Ферми определяет число электронов в системе, и её топология непосредственно связана с транспортными свойствами металлов, например, электрической проводимостью. Поверхности Ферми большинства металлов хорошо изучены экспериментально и теоретически.
Энергия Ферми свободного ферми-газа связана с химическим потенциалом уравнением
где εF — энергия Ферми, k — постоянная Больцмана, и T — температура. Следовательно, химический потенциал приблизительно равен энергии Ферми при температурах намного меньше характерной температуры Ферми EF/k. Характерная температура имеет порядок 105 K для металла, следоватально при комнатной температуре (300 K), энергия Ферми и химический потенциал фактически эквивалентены. Это существенно, потому что химический потенциал не является энергией Ферми, которая входит в распределение Ферми-Дирака.
Источник: Всех благ)