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gkd_0000

新虫 (正式写手)

[交流] 能否解释一下费米能级与化学势的区别?

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. en.wikipedia.org/wiki/Fermi_level

上面对费米能的定义不太好理解,有点乱。我先把自己的理解说一下,请高手指正。

在绝对零度时费米能是电子填充的最高能级,这应该对应着一个能量本征值。对于绝缘体和不存在激发态的半导体,费米能就是电子填充的最高能级。

在非绝对零度时费米能是分布函数f为1/2处的能量,这是对费米能的定义,而不是一个本征值。

按照费米能级的定义费米能级是随温度变化的,分布函数中的化学势也是随温度变化的。在绝对零度和非绝对温度时,两者是否完全等同呢?另外,分布函数中的化学势是怎么定义的,我看固体物理书上是通过分布函数和粒子总数N来定义的,看不出物理意义。

在实际的计算时,如通过玻尔兹曼方程来求解输运系数时可否用软件算出的费米能级来代替化学势?
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成功地证实种种大胆的设想和揣测,这难道不正说明我们毕生的工作是无可非议和值得自豪的吗?--柯南道尔
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buble

金虫 (著名写手)

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zzgyb(金币+2,VIP+0):谢谢你的帮助!欢迎你继续来计算模拟版解答问题
我对上面的话的理解是:
物理学中,费米能是没有相互作用的非米子系统中增加一个粒子系统基态能量可能增加的最小值。与绝对零度时基态的化学势相等。
费米能与温度无关,就像你说的费米能是绝对零度时电子的最高填充能级,按照非米分布函数,在高温时(温度不为零K时)在非米能处f为1/2;
化学势与温度有关,两者只在0K时相等
2楼2008-01-03 09:04:05
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fah

铁杆木虫 (著名写手)

费米能级也是与温度相关的!
个人理解,费米能级就是电子系统的化学势
3楼2008-01-03 09:55:41
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gkd_0000

新虫 (正式写手)

引用回帖:
Originally posted by fah at 2008-1-3 09:55:
费米能级也是与温度相关的!
个人理解,费米能级就是电子系统的化学势

电子系统的化学势是什么?

成功地证实种种大胆的设想和揣测,这难道不正说明我们毕生的工作是无可非议和值得自豪的吗?--柯南道尔
4楼2008-01-03 10:30:55
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y1ding

铁杆木虫 (著名写手)

★ ★
zzgyb(金币+2,VIP+0):谢谢你的帮助!欢迎你继续来计算模拟版解答问题
化学势与环境有关的,在巨正则系综里面的定义很清楚的。
5楼2008-01-03 10:54:34
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y1ding

铁杆木虫 (著名写手)

★ ★
zzgyb(金币+2,VIP+0):谢谢你的帮助!欢迎你继续来计算模拟版解答问题
玻尔兹曼方程来求解输运系数时
这是一个巨正则系综,不能用费米能来代替化学势。

正则系综下面,似乎才可以混着用。
6楼2008-01-03 10:57:01
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y1ding

铁杆木虫 (著名写手)

引用回帖:
Originally posted by fah at 2008-1-3 09:55:
费米能级也是与温度相关的!
个人理解,费米能级就是电子系统的化学势

在正则系综下这点是对的。
巨正则系综下不对,化学势依赖环境,费米能则是体系局域的
看Datta的非平衡格林函数吧。
7楼2008-01-03 11:03:00
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gkd_0000

新虫 (正式写手)

★ ★
zzgyb(金币+2,VIP+0):谢谢你的帮助!欢迎你继续来计算模拟版解答问题
化学势:
f=1/[exp((ε-μ)/KT)+1]
化学势μ由总粒子数决定 N=Σfi, 求和计及所有本征态 i;
在绝对零度时化学势等于费米能;在室温下,化学势与费米能很接近,常把化学势也称为费米能.(阎守胜《固体物理基础》)
成功地证实种种大胆的设想和揣测,这难道不正说明我们毕生的工作是无可非议和值得自豪的吗?--柯南道尔
8楼2008-01-03 11:06:29
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