费米能级

✍ dations ◷ 2025-04-02 13:36:35 #费米能级

费米能级(英语:Fermi level),通常标示为“”或“F”。也称为“电化学势能(英语:Electrochemical potential)”。

在能带理论中,费米能级可视为热力学平衡时,电子有50%概率占据的假想能级。费米能级不需要对应到真正存在的能级(比如绝缘体的费米能级在能隙上),不过费米能级仍是精确定义过的热力学物理量。

费米能级与费米能在定义上有所差异,费米能定义于绝对零度,费米能级在任何温度皆有定义。

在热力学平衡下,能量为 的态被电子占据的概率可以用费米-狄拉克分布表示:

上式中,T是温度(单位:K),k是玻尔兹曼常数。

f越接近1,表示该能量的态被电子占据的概率越大,f越接近0,表示该能量的态被电子占据的概率越小。如果态的能量刚好位于费米能级(即ϵ=µ),电子占据的概率刚好会是50%。

费米能级(µ)在能带结构中的位置可用来决定物质的导电性。

半金属与半导体可以透过掺杂或gating改变能带与费米能级的相对位置,进而改变其导电性。

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