Физическая энциклопедия

ФЕРМИ ЭНЕРГИЯ


значение энергии, ниже к-рой все состояния системы ч-ц, подчиняющихся Ферми — Дирака статистике (фермионов), при абс. нуле темп-ры заняты. Существование Ф. э.— следствие Паули принципа, согласно к-рому в одном состоянии не может находиться более одной ч-цы — фермиона.
Для идеального вырожденного газа фермионов Ф. э. совпадает со значением химического потенциала при T=0К и может быть выражена через число N ч-ц газа в единице объёма:
?F=((2pћ)2/2m) (3N/(2S+1)4p)2/3
где m и S — масса и спин ч-цы.
Величина рF=?(2m?р)=2pћ(3N(2S+1)Х4p)1/3
наз. ферми-импульсом.
При T=0К все состояния с импульсами ррF, свободны. Иными словами, при T=0К фермионы занимают в импульсном пространстве состояния внутри сферы p2=2m?F с радиусом рF (ферми-сферы). Величина vF=pF/m, наз. ферми-скоростью (или граничной скоростью), определяет верхнюю границу скоростей фермионов при T=0К.
Газ электронов проводимости в металлах и в вырожденных полупроводниках при T=0К заполняет в импульсном пространстве поверхности более сложной формы (см. ФЕРМИ ПОВЕРХНОСТЬ). В собств. полупроводниках хим. потенциал электронов при T=0K численно равен энергии середины запрещённой зоны. Его часто наз. Ф. э., хотя он не имеет смысла энергии Ферми. Квазичастицы ферми-жидкости (см. ГЕЛИЙ ЖИДКИЙ) при Т=0К также заполняют в импульсном пространстве сферу радиуса рF. Ферми-скорость в этом случае равна:
vF=pF/m*,
где m* — эффективная масса квазичастиц (отличие т* от т вызвано взаимодействием ч-ц жидкости).
Понятие о Ф. э. используется в физике твёрдого тела, в ядерной физике, в астрофизике и т. д. Величина Ф. э. существенно зависит от физ. свойств системы. В металлах обычно ?F/k=105 К, в полупроводниках =102 К, в 3Не ок. 1 К, а в звёздной материи может достигать миллионов К.
При отличной от нуля, но низкой по сравнению с Ф. э. темп-ре состояние системы фермионов отличается от основного тем, что существует небольшое число ч-ц в состояниях с энергией, большей Ф. э., и равное число свободных мест в состояниях с энергией, меньшей Ф. э. (д ы р к и).

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия.Главный редактор А. М. Прохоров.1983.


  1. ферми энергия—ФЕРМИ ЭНЕРГИЯ фермиуровень значение энергии ниже крой все энергетич. состояния частиц вырожденного газа iподчиняющихся статистике Ферми Дирака фермионов iпри абс. нуле т...Большая советская энциклопедия
  2. ферми энергия—фермиуровень значение энергии ниже которой все энергетические состояния частиц вырожденного газа См. Вырожденный газem подчиняющихся статистике ферми Дирака Фермионовem ...Большая Советская энциклопедия II