i.
Energi Fermi "Fermi
level"
adalah
istilah
yang
digunakan
untuk
mengga menggamba mbarka rkan n bagian bagian atas atas kumpul kumpulan an tingkat tingkat energi energi elektr elektron on pada temperatur nol absolut. Konsep ini berasal dari statistik FermiDirac. Fermion elektron dan prinsip eksklusi Pauli tidak bisa eksis dala dalam m kead keadaan aan ene energ rgii iden identi tik. k. mereka mereka keadaankeadaan-kea keadaa daan n
Jadi Jadi
pada pada kond kondis isii nol nol mutl mutlak ak
terend terendah ah energi energi yang tersed tersedia ia dan
memban membangun gun sebuah sebuah "Ferm "Fermii Sea" Sea" pusat pusat energi energi elektr elektron. on. Tingkat Tingkat Fermi Fermi adalah permukaan permukaan “Fermi “Fermi Sea Sea “ yang pada nilai nilai nol mutlak mutlak di mana tidak ada elektron yang akan memiliki energi yang cukup untuk naik ke atas permukaan. Konsep energi Fermi adalah konsep yang yang sang sangat at pent pentin ing g untu untuk k mema memaha hami mi sifat sifat list listri rik k dan dan term termal al padatan. Kedua proses listrik dan termal biasa melibatkan energi sebagian kecil dari elektron volt. Tapi energi Fermi logam berada di urutan volt elektron. Ini berarti bahwa sebagian besar dari elektron tidak dapat menerima menerima energi dari proses-pro proses-proses ses tersebut tersebut karena tidak ada keadaan energi yang tersedia bagi mereka untuk pergi ke dalam bagian kecil dari sebuah volt elektron energi pada kondisi ters terseb ebut ut.. Terb Terbat atas as pada pada keda kedala lama man n keci kecill ener energi gi,, inte intera raksi ksi ini ini terbatas untuk "Ripples on the Fermi Sea". Pada suhu yang lebih tinggi sebagian kecil tertentu, yang ditandai dengan fungsi Fermi, akan ada di atas tingkat Fermi. Tingkat Fermi memainkan peran penting dalam teori pita zat padat. Dalam Doping semi semiko kond ndukt uktor or,, p-je p-jeni nis s dan dan tipe tipe-n -n,, ting tingkat kat Ferm Fermii dige digese serr oleh oleh kotora kotoran, n, ilustr ilustrasi asi oleh oleh kesenj kesenjang angan an band band merek mereka. a. Tingkat Tingkat Fermi Fermi disebut sebagai potensial kimia elektron dalam konteks lain.
1
Dalam logam, energi Fermi memberikan kami informasi mengenai kecepatan elektron yang berpartisipasi dalam konduksi listrik biasa. Jumlah energi yang dapat diberikan ke elektron dalam proses konduksi tersebut atas perintah mikro-volt elektron (lihat contoh kawat tembaga), sehingga hanya mereka yang elektron sangat dekat dengan energi Fermi dapat berpartisipasi. Kecepatan Fermi elektron konduksi ini dapat dihitung dari energi Fermi.
2
Mengacu pada tabel dibawah ini :
3
Kecepatan mikroskopis
ini
untuk
merupakan konduksi
bagian
listrik.
Untuk
dari
Hukum
logam,
Ohm
kepadatan
elektron konduksi dapat tersirat dari energi Fermi. Energi
Fermi
juga
memainkan
peranan
penting
dalam
memahami misteri mengapa elektron tidak memberikan kontribusi signifikan terhadap panas spesifik dari padatan pada suhu biasa, sementara mereka penyumbang dominan untuk konduktivitas termal dan konduktivitas listrik. Karena hanya sebagian kecil dari elektron dalam logam berada dalam kT energi termal dari energi Fermi, mereka adalah "beku" dari kapasitas panas dengan prinsip Pauli. Pada temperatur yang sangat rendah, elektron panas spesifik menjadi signifikan.
4
ii.
Fermi Energi untuk Logam Energi Fermi adalah energi maksimum ditempati oleh sebuah
elektron pada 0K. Dengan prinsip pengecualian Pauli, kita tahu bahwa elektron akan mengisi semua level energi yang tersedia, dan bagian atas itu laut "Fermi" elektron disebut energi Fermi atau tingkat Fermi. Elektron konduksi logam penduduk untuk dihitung dengan mengalikan kepadatan negara r konduksi elektron (E) kali Fermi fungsi f (E). Jumlah elektron konduksi per satuan volume per unit energy
Total populasi elektron konduksi per satuan volume dapat diperoleh dengan mengintegrasikan ungkapan ini
5
Pada 0K bagian atas distribusi energi elektron didefinisikan sebagai EF sehingga terpisahkan menjadi
Ini mengungkapkan n densitas elektron konduksi dalam hal energi Fermi
EF.
Kami
juga
bisa
mengubah
ini
sekitar
dan
mengekspresikan energi Fermi dalam hal kepadatan elektron bebas.
6
iii.
Ripples di Fermi Sea Energi Fermi adalah energi maksimum ditempati oleh sebuah
elektron pada 0K. Dengan prinsip pengecualian Pauli, kita tahu bahwa elektron akan mengisi semua level energi yang tersedia, dan bagian atas itu laut "Fermi" elektron disebut energi Fermi atau tingkat Fermi. Salah satu hal yang luar biasa tentang energi Fermi adalah bagaimana besar dibandingkan dengan energi yang bisa memperoleh elektron oleh interaksi fisik biasa dengan lingkungan mereka.
7
Jumlah energi yang tersedia sebagai hasil dari suhu material pada urutan energi termal rata-rata, untuk yang kT = 0,026 eV pada 300K adalah sejumlah perwakilan. Ini sangat kecil dibandingkan dengan energi Fermi 7 eV untuk tembaga. Ini memberitahu kita bahwa bahwa energi termal dapat berinteraksi dengan hanya sebagian kecil dari elektron (kira-kira 0,026 / 7 atau sekitar 0,4% dari kisaran energi), karena mayoritas elektron terpisah dari bagian atas laut Fermi oleh lebih dari energi panas. Hal ini berkorelasi dengan
baik
dengan
pengamatan
bahwa
elektron
tidak
memberikan kontribusi signifikan terhadap panas spesifik dari padatan pada suhu biasa. Hanya pada suhu sangat rendah tidak panas elektron spesifik menjadi signifikan.
Karena ada elektron laut luas, mungkin lebih mudah untuk memvisualisasikan tidak tersedianya negara akhir dengan sistem sederhana - bahwa elektron atom yang harus mematuhi prinsip eksklusi Pauli. Di sebelah kiri bawah pada contoh dari atom klorin, energi bisa diterima dari foton yang sesuai kesenjangan energi antara n = 1 dan n = 2 karena ada kekosongan energi n = 2 tingkat. Tapi untuk neon, bahkan foton yang cocok dengan energi E2-E1 justru tidak dapat diserap karena semua tingkatan yang tersedia telah diisi.
8
Sebagian besar dari elektron bebas ini juga tersedia untuk proses konduksi listrik biasa di kawat untuk alasan yang sama. Bila Anda menerapkan tegangan ke kawat tembaga, Anda membuat medan listrik dalam kawat yang dapat melakukan pekerjaan pada elektron untuk memberi mereka energi. Tetapi contoh dari konduksi kawat tembaga menunjukkan bahwa jalan bebas rata-rata elektron dalam kawat tembaga pada suhu kamar adalah di sekitar 40 nm. Jadi energi yang diberikan untuk elektron oleh medan listrik dengan 100 volt diterapkan ke kawat tembaga 1 meter akan berada di urutan W = EED = 100 volt x 40 nm = 0,000004 eV. Seperti jumlah energi yang tidak dapat diserap oleh sebagian besar elektron karena tidak ada tingkat energi yang tersedia yang dekat dengan mereka dalam energi.
9
