Estoy un poco confundido acerca de la diferencia entre estos dos conceptos. Según Wikipedia, la energía de Fermi y el nivel de Fermi son conceptos estrechamente relacionados. Según tengo entendido, ¿la energía de Fermi es el nivel de energía ocupado más alto de un sistema en el cero absoluto? ¿Es eso correcto? Entonces, ¿cuál es la diferencia entre la energía de Fermi y el nivel de Fermi?
Si considera un metal típico, la banda de energía más alta (es decir, la banda de conducción) está parcialmente llena. La banda de conducción es efectivamente continua, por lo que la energía térmica puede excitar electrones dentro de esta banda dejando huecos más abajo en la banda.
En el cero absoluto no hay energía térmica, por lo que los electrones llenan la banda comenzando desde abajo y hay un corte brusco en el nivel de energía ocupado más alto. Esta energía define la energía de Fermi.
A temperaturas finitas, no existe un electrón más energético claramente definido porque la energía térmica excita continuamente los electrones dentro de la banda. Lo mejor que puedes hacer es definir el nivel de energía con un 50% de probabilidad de ocupación, y este es el nivel de Fermi.
Depende de a quien le preguntes.
Si le preguntas a alguien con experiencia en física del estado sólido, probablemente responderá en la línea de Colin McFaul o John Rennie: el nivel de Fermi es el mismo que el potencial químico (o tal vez uno debería decir "potencial electroquímico"), es decir, la energía en en el que un estado tiene un 50% de posibilidades de ser ocupado, mientras que la energía de Fermi es el nivel de Fermi en el cero absoluto.
Si le pregunta a alguien con experiencia en ingeniería de semiconductores, probablemente le dará la misma definición de "nivel de Fermi", pero dirá que "energía de Fermi" significa exactamente lo mismo que nivel de Fermi. (La pregunta obvia es: "¿Entonces qué término usaría un ingeniero de semiconductores para describir el nivel de Fermi en el cero absoluto? ¡La respuesta es que lo llaman "el nivel de Fermi en el cero absoluto"!)
La energía de Fermi es como la describe: es el nivel más alto ocupado en el cero absoluto. El nivel de Fermi es el potencial químico. Es el nivel de energía con un 50% de probabilidad de estar ocupado a una temperatura finita T. La energía de Fermi no depende de la temperatura; el nivel de Fermi depende de la temperatura.
El nivel de Fermi como un estado con un 50 % de probabilidad de ser ocupado por un electrón para la temperatura dada del sólido y a temperatura cero absoluta la ocupación es del 100 %.
La energía de Fermi es la energía correspondiente al nivel de Fermi.
La energía de Fermi es la diferencia de energías de la partícula de estado único ocupada más alta y más baja. Pero, el nivel de Fermi es la suma de la energía total de una partícula (es decir) la suma de las energías cinética y potencial.
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