Nível Fermi
O nível de Fermi é uma característica de um sistema que reflete a distribuição de elétrons neste sistema em função da temperatura . O conceito de nível Fermi é usado em física e eletrônica, em particular no contexto do desenvolvimento de componentes semicondutores .
Concretamente, o nível de Fermi é uma função da temperatura, mas isso pode ser considerada como uma primeira aproximação, como uma constante, que, em seguida, equivaleria a maior energia ocupada pelos electrões do sistema à temperatura de 0 K .
Distribuição de elétrons em torno do nível de Fermi
O nível de Fermi é uma característica essencial para conhecer a distribuição dos elétrons de acordo com a energia e esta seja qual for a temperatura. Na verdade, os elétrons (que são férmions ) obedecem à estatística de ocupação do nível de energia de Fermi-Dirac.
onde representa o potencial químico dos elétrons, é a temperatura, é a constante de Boltzmann e reflete a probabilidade de ocupação do nível por elétrons. Em T = 0 K, o potencial químico é a energia de Fermi , E F , mas em temperaturas mais altas segue uma função decrescente da temperatura.
Esta fórmula, que nos dá as estatísticas da ocupação dos níveis de energia pelos férmions, permite destacar vários pontos relativos ao nível de Fermi e à distribuição de energia dos elétrons:
- Em T = 0 K, as estatísticas de ocupação de elétrons estão aumentando; T = 0, então o fator exponencial é infinito, mas seu sinal depende da diferença entre a energia e o potencial químico, ou seja, a energia de Fermi nesta temperatura:
- se E for menor que µ, o fator no expoente do exponencial tende para -∞, portanto o exponencial para 0, ef (E) para 1, todos os estados estão ocupados
- se E for maior que µ, o fator no expoente do exponencial tende para + ∞, portanto o exponencial para + ∞, ef (E) para 0, todos os estados estão desocupados
- Em todas as outras temperaturas, a distribuição dos elétrons tem simetria em relação ao nível de Fermi, em que a soma das probabilidades de ocupação de dois níveis de energia simétricos em relação ao nível de Fermi é unitária. E a probabilidade de ocupação do nível de Fermi por elétrons é 1/2.