تفاوت کلیدی بین انرژی فرمی و سطح فرمی این است که انرژی فرمی انرژی تراز فرمی است، در حالی که تراز فرمی معیاری از الکترون‌هایی است که کمترین اتصال را در یک جامد دارند.
اصطلاح انرژی فرمی و سطح فرمی به نام فیزیکدان انریکو فرمی نامگذاری شده اند. انرژی فرمی مقدار انرژی برای سطح فرمی در دمای صفر مطلق (در 0 K) است در حالی که سطح فرمی پتانسیل شیمیایی الکترون ها است.
انرژی فرمی چیست؟
انرژی Fermi مقدار انرژی برای یک سطح فرمی در دمای صفر مطلق (در 0 K) است. حداکثر انرژی جنبشی یک الکترون در این دما است.علاوه بر این، مقدار انرژی فرمی برای یک جامد خاص ثابت است. ما می توانیم اصطلاح انرژی فرمی را به عنوان بالاترین سطح انرژی اشغال شده یک ماده در دمای صفر مطلق تعریف کنیم. به عبارت دیگر، تمام الکترون‌های یک جامد تمایل دارند که حالت‌های انرژی در دمای 0K یا کمتر از انرژی فرمی جامد را اشغال کنند.
در فلزات، انرژی فرمی سرعت الکترون ها را در طول رسانش می دهد. بنابراین، در طول رسانش فلزات، تنها الکترون‌هایی که انرژی نزدیک به انرژی فرمی دارند، به این فرآیند کمک می‌کنند.
شکل 01: مقایسه شکاف های نواری فلز، نیمه هادی و عایق
علاوه بر این، مفهوم انرژی فرمی در توصیف رفتار نیمه هادی ها مهم است. به عنوان مثال، نیمه هادی های نوع n دارای انرژی فرمی نزدیک به نوار رسانایی هستند. در مقابل، نیمه هادی های نوع p انرژی فرمی خود را نزدیک به باند ظرفیت دارند.
سطح فرمی چیست؟
تراز فرمی پتانسیل شیمیایی الکترون ها است. سطح انرژی است که در آن احتمال یافتن الکترون 50 درصد است. این بالاترین اوربیتال مولکولی اشغال شده در نوار ظرفیت در 0 K است. بنابراین، بسیاری از حالت های خالی برای پذیرش الکترون ها وجود دارد. سطح فرمی در شکاف باند، بین نوار هدایت و باند ظرفیت قرار دارد.
تفاوت بین انرژی فرمی و سطح فرمی چیست؟
انرژی فرمی مقدار انرژی برای سطح فرمی در دمای صفر مطلق (در 0 K) است در حالی که سطح فرمی پتانسیل شیمیایی الکترون ها است. بنابراین، می‌توان گفت که تفاوت کلیدی بین انرژی فرمی و تراز فرمی این است که انرژی فرمی انرژی سطح فرمی است در حالی که سطح فرمی اندازه‌گیری الکترون‌هایی است که کمترین پیوند را در یک جامد دارند.
اینفوگرافیک زیر جزئیات بیشتری در مورد تفاوت بین انرژی فرمی و سطح فرمی ارائه می دهد.
خلاصه - انرژی فرمی در مقابل سطح فرمی
انرژی فرمی مقدار انرژی برای سطح فرمی در دمای صفر مطلق (در 0 K) است در حالی که سطح فرمی پتانسیل شیمیایی الکترون ها است. بنابراین، تفاوت کلیدی بین انرژی فرمی و تراز فرمی این است که انرژی فرمی انرژی تراز فرمی است، در حالی که سطح فرمی معیاری از الکترون‌هایی است که کمترین اتصال را در یک جامد دارند.
