Уровень Ферми

Рассмотрим состояние металла или неметалла при абсолютном нуле, то есть при отсутствии теплового возбуждения. Электроны стремятся занять такие уровни, чтобы иметь минимум энергии, т. е. как можно низшие уровни. Если в металле свободных электронов, то они займут уровней, при этом самый высокий уровень называется уровнем Ферми.

-для выхода электрона с уровня Ферми.

Все уровни выше уровня Ферми – пустые.

Функция распределения Ферми-Дирака характеризует распределения частиц по уровням и состояниям или вероятность занятости того или иного уровня частиц.

Если уровень занят, вероятность обнаружения равна единице.

Если уровень пуст, вероятность обнаружения равна нулю.

При повышении температуры – повышается энергия ионов, и при столкновениях с электронами – ионы отдают им часть энергии. Появляется вероятность того, что электроны могут иметь энергию большую энергии Ферми. На освободившиеся уровни могут перейти другие электроны (уровни ниже уровня Ферми). Это размытие невелико, так как возбуждению подвержены только электроны, близкие к уровню Ферми. Возникновение тока связано с возможностью перехода электронов на более высокий уровень. В металлах этими электронами являются электроны, имеющие энергию вблизи уровня Ферми. Уровни Ферми – наиболее вероятная (средняя) энергия электронов металла, которые могут принять участие в образовании тока при данной температуре. В металлах уровень Ферми слабо меняет своё положение при повышении температуры.