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nanoeer

木虫 (正式写手)

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[交流] 【讨论】关于费米能级问题

0K时费米能级应该是0eV吧，但是castep计算的费米能级为－4.26eV应该如何解释呢？讨论是应该以0eV还是－4.26eV作为费米能级呢？大家帮忙解释一下，谢谢！

------------------------------------------------------------------------ <-- SCF
SCF loop    Energy          Fermi          Energy gain    Timer <-- SCF
                           energy       per atom       (sec) <-- SCF
------------------------------------------------------------------------ <-- SCF
Initial  -7.89964936E+003  5.49891532E+001                      438.00  <-- SCF
   1  -2.12642730E+004  4.40567655E-001 5.14023985E+002 1117.26  <-- SCF
   2  -2.35773343E+004 -6.99293228E+000 8.89638978E+001 1629.41  <-- SCF
   3  -2.38199234E+004 -7.06846347E+000 9.33034939E+000 2113.05  <-- SCF
   4  -2.38309097E+004 -7.11513849E+000 4.22550187E-001 2647.56  <-- SCF
   5  -2.37972320E+004 -5.10758109E+000  -1.29529583E+000 3258.81  <-- SCF
   6  -2.37944361E+004 -5.76367199E+000  -1.07534097E-001 3847.09  <-- SCF
   7  -2.37938621E+004 -5.44799103E+000  -2.20769705E-002 4351.17  <-- SCF
   8  -2.37935687E+004 -5.32087313E+000  -1.12838399E-002 4906.41  <-- SCF
   9  -2.37935817E+004 -5.32615733E+000 4.97599282E-004 5513.00  <-- SCF
   10  -2.37935287E+004 -5.22839968E+000  -2.03754038E-003 6113.77  <-- SCF
   11  -2.37934581E+004 -5.10437783E+000  -2.71695969E-003 6722.41  <-- SCF
   12  -2.37934115E+004 -4.97244830E+000  -1.79239775E-003 7275.61  <-- SCF
   13  -2.37933855E+004 -4.89496677E+000  -9.98808121E-004 7736.74  <-- SCF
   14  -2.37933357E+004 -4.79472867E+000  -1.91333037E-003 8206.52  <-- SCF
   15  -2.37933035E+004 -4.68003936E+000  -1.23984344E-003 8686.10  <-- SCF
   16  -2.37933132E+004 -4.62699712E+000 3.73277114E-004 9143.08  <-- SCF
   17  -2.37933281E+004 -4.54642742E+000 5.72489585E-004 9575.05  <-- SCF
   18  -2.37933315E+004 -4.51089547E+000 1.30706610E-004 9984.33  <-- SCF
   19  -2.37933363E+004 -4.42558437E+000 1.83857008E-004 10414.60  <-- SCF
   20  -2.37933433E+004 -4.37930505E+000 2.69766167E-004 10819.10  <-- SCF
   21  -2.37933494E+004 -4.33955110E+000 2.34810914E-004 11223.52  <-- SCF
   22  -2.37933538E+004 -4.31434323E+000 1.68824131E-004 11623.68  <-- SCF
   23  -2.37933611E+004 -4.28518267E+000 2.82916869E-004 12006.82  <-- SCF
   24  -2.37933632E+004 -4.27651017E+000 7.83810922E-005 12377.77  <-- SCF
   25  -2.37933662E+004 -4.27250800E+000 1.15934038E-004 12730.60  <-- SCF
   26  -2.37933682E+004 -4.26915805E+000 7.76058754E-005 13087.46  <-- SCF
   27  -2.37933691E+004 -4.26654225E+000 3.36566581E-005 13434.72  <-- SCF
   28  -2.37933700E+004 -4.26325176E+000 3.40977992E-005 13779.47  <-- SCF
   29  -2.37933705E+004 -4.26316445E+000 2.09584833E-005 14131.07  <-- SCF
   30  -2.37933712E+004 -4.26399878E+000 2.57218976E-005 14475.52  <-- SCF
   31  -2.37933718E+004 -4.26377701E+000 2.30141742E-005 14823.16  <-- SCF
   32  -2.37933720E+004 -4.26359373E+000 1.01994030E-005 15171.58  <-- SCF
   33  -2.37933722E+004 -4.26337127E+000 4.00620156E-006 15512.60  <-- SCF
   34  -2.37933722E+004 -4.26333297E+000 2.20306883E-006 15849.29  <-- SCF
   35  -2.37933722E+004 -4.26345175E+000 9.74813919E-007 16184.41  <-- SCF
   36  -2.37933723E+004 -4.26345609E+000 6.33868038E-007 16521.44  <-- SCF
   37  -2.37933723E+004 -4.26346089E+000 2.13706143E-007 16860.90  <-- SCF
------------------------------------------------------------------------ <-- SCF

[ Last edited by wuli8 on 2009-6-13 at 17:22 ]

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1楼 2007-11-01 10:47:33

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60m

至尊木虫 (著名写手)

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建议楼主好好看基础书。

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28楼2008-04-25 08:00:56

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zzgyb

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★ ★ ★ ★ ★
小红豆(金币+3,VIP+0):非常感谢！辛苦了！
nanoeer(金币+2,VIP+0):基本没回答问题，但还是感谢！

0K时费米能级应该是0eV吧
应该是你自己想象的吧。

In physics, the Fermi energy (EF) of a system of non-interacting fermions is the smallest possible increase in the ground state energy when exactly one particle is added to the system. It is equivalent to the chemical potential of the system in the ground state at absolute zero. The Fermi energy is one of the central concepts of condensed matter physics.（大英百科全书）

我简单说一下我对费米能及的理解：
　　若固体中有N个电子，他们的基态是按泡利原理由低到高填充能量尽可能低的N个量子态。有两类填充情况：
　　一、电子恰好填满最低的一系列能带，再高的各带全部是空的，最高的满带称为价带，最低的空带称为导带。价带最高能级（价带顶）与导带最低能级（导带底）之间的能量范围称为带隙。这种情况对应绝缘体和半导体。半导体实际上是带隙宽度小的绝缘体。
　　二、除去完全被电子充满的一系列能带外，还有只是部分的被电子填充的能带（常被称为导带）。这时最高占据能极为费米能级EF，它位于一个或几个能带的能量范围之内。这就是金属。
知道上述两种情况，就很好理解费米能级了。
再说白了，固体内的电子因泡利不相容原理，不能每一个电子都在最低的能级，便一个一个依序往从低能及往高能阶填，直到最后一个填进的那个能级便是所谓的费米能级。
如果你明白了费米能级，就知道它可以是任何数值。有的文献中，为了讨论方便。就定义了费米能级为零点（估计你的概念就是从这里得出的）。
不同的费米能级有不同的物理意义

从你的计算数只看，你计算的物体应该是个半导体，因为半导体的费米能级EF总为负值。

最后补充一点，一般我们讨论的都是电子是费米子。至于中子、质子等其他费米子另当别论。

[ Last edited by zzgyb on 2007-11-1 at 17:18 ]

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2楼2007-11-01 13:48:13

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