Diferencia entre Fermi Energy y Fermi Level

Diferencia clave - Fermi Energía vs Fermi Level
 

La energía de Fermi y el nivel de Fermi son dos términos distintos que a menudo se usan indistintamente. La energía de Fermi es una diferencia de energía de la energía cinética de un sistema que contiene fermiones, mientras que el nivel de Fermi es una colección de energías cinéticas y potenciales de un sistema que contiene fermiones. los diferencia clave entre la energía de Fermi y el nivel de Fermi es que La energía de Fermi se define solo para la temperatura cero absoluta, mientras que el nivel de Fermi se define para cualquier temperatura.

CONTENIDO

1. Resumen y diferencia clave
2. ¿Qué es Fermi Energy?
3. ¿Qué es el nivel de Fermi?
4. Comparación lado a lado: Fermi Energy vs Fermi Level en forma tabular
5. Resumen

¿Qué es Fermi Energy??

La energía de Fermi es la diferencia de energía entre los estados de partículas individuales ocupados más altos y más bajos en un sistema cuántico de fermiones que no interactúan a temperatura cero absoluta. El estado de una sola partícula de un sistema cuántico se refiere al estado de una sola partícula que se está aislando. Los fermiones son partículas que siguen las estadísticas de Fermi-Dirac. Los fermiones incluyen principalmente quarks y leptones junto con electrones, protones y neutrones. La temperatura cero absoluta es el límite inferior de una escala de temperatura termodinámica.

Un gas Fermi es un grupo de partículas de fermión que no tienen interacciones entre esos fermiones. Por lo tanto, es una fase de la materia. Se sabe que el estado ocupado más bajo de un gas Fermi tiene una energía cinética nula. Pero el estado más bajo ocupado de un metal es la parte inferior de su banda de conducción (las bandas más cercanas a los niveles de Fermi determinan la conductividad eléctrica del metal)..

Figura 01: una comparación de las brechas de banda

Los fermiones obedecen al principio de exclusión de Pauli (un principio que establece que dos fermiones idénticos no pueden ocupar el mismo estado cuántico). Por lo tanto, los gases Fermi se pueden analizar en su estado de partícula única. Hay diferentes estados de una sola partícula que tienen diferentes energías. El estado fundamental de todo el sistema se puede encontrar agregando una partícula al sistema a la vez. Estos fermiones agregados ocuparán los estados más bajos desocupados de ese sistema. La energía de Fermi se puede determinar cuando todos los estados desocupados han sido ocupados por fermiones. Esto significa que, incluso si toda la energía se extrae de un gas Fermi, los fermiones todavía estarán en movimiento a altas velocidades..

¿Qué es el nivel de Fermi??

Nivel de Fermi es un término usado para describir la colección de niveles de energía de electrones a temperatura cero absoluta. Es un concepto de las estadísticas de Fermi-Dirac. El nivel de Fermi se denota por µ o E_F. Es una cantidad termodinámica de un cuerpo físico..

El nivel de Fermi se define para cualquier temperatura. El nivel de Fermi se refiere al total de energía cinética y energía potencial de un sistema termodinámico que contiene fermiones. Por lo tanto, el nivel de Fermi también puede denominarse como el potencial electroquímico de un Fermion. El nivel de Fermi se puede definir incluso para los fermiones que se encuentran en sistemas de interacción complejos cuando se considera el estado de equilibrio termodinámico de ese sistema.

¿Cuál es la diferencia entre Fermi Energy y Fermi Level??

Fermi Energy vs Fermi Level
La energía de Fermi es la diferencia de energía entre los estados de partículas individuales ocupados más altos y más bajos en un sistema cuántico de fermiones que no interactúan a temperatura cero absoluta..	Nivel de Fermi es un término usado para describir la colección de niveles de energía de electrones a temperatura cero absoluta..
Temperatura
La energía de Fermi se define solo para la temperatura cero absoluta.	El nivel de Fermi se define para cualquier temperatura..
Relación con la energía
La energía de Fermi es la diferencia de energía cinética entre los estados de partículas individuales ocupados más altos y más bajos.	El nivel de Fermi se refiere al total de energía cinética y energía potencial de un sistema termodinámico que contiene fermiones.
En metales
La energía Fermi de un metal es la diferencia de energía entre el nivel de Fermi y el estado más bajo de una sola partícula..	El nivel de Fermi de un metal es la energía del estado de partículas individuales más alto ocupado a temperatura cero absoluta..
Componentes
La energía de Fermi se define solo para fermiones que no interactúan.	El nivel de Fermi se puede definir incluso para los fermiones que se encuentran en sistemas de interacción complejos.

Resumen - Fermi Energía vs Fermi Level

La energía de Fermi y el nivel de Fermi son términos confusos ya que están estrechamente relacionados, pero son diferentes entre sí. La diferencia entre la energía de Fermi y el nivel de Fermi es que la energía de Fermi se define solo para la temperatura cero absoluta, mientras que el nivel de Fermi se define para cualquier temperatura.

Referencia:

1. “Fermi energy”. Wikipedia, Wikimedia Foundation, 14 de marzo de 2018. Disponible aquí 
2. “Nivel Fermi”. Wikipedia, Wikimedia Foundation, 3 de marzo de 2018.. Disponible aquí
3. "Nivel de Fermi". Nivel de Fermi y función de Fermi. Disponible aquí 

Imagen de cortesía:

1.'Band gap gap'By inductiveload  (CC BY-SA 2.5) vía Commons Wikimedia