La energía de Fermi es un concepto en mecánica cuántica que generalmente se refiere a la diferencia de energía entre los estados de partículas individuales ocupadas más altas y más bajas en un sistema cuántico de fermiones no interactuantes a temperatura cero absoluta. En un gas Fermi, se considera que el estado ocupado más bajo tiene energía cinética cero, mientras que en un metal, el estado ocupado más bajo generalmente se entiende como el fondo de la banda de conducción.
Confusamente, el término “energía de Fermi” a menudo se usa para referirse a un concepto diferente pero estrechamente relacionado, el nivel de Fermi (también llamado potencial electroquímico).
Existen algunas diferencias clave entre el nivel de Fermi y la energía de Fermi, al menos tal como se utilizan en este artículo:
- ¿El tamaño de un electrón difiere en cada orbital o no?
- ¿Fluyen los electrones desde el ánodo o el cátodo?
- ¿Cuál es la forma completa de las capas de electrones KLMN en química?
- ¿Es teóricamente posible tener un material sólido compuesto de partículas básicas como los electrones?
- ¿Cómo enfocan y aceleran los ánodos un haz de electrones?
- La energía de Fermi solo se define en cero absoluto, mientras que el nivel de Fermi se define para cualquier temperatura.
- La energía de Fermi es una diferencia de energía (generalmente correspondiente a una energía cinética), mientras que el nivel de Fermi es un nivel de energía total que incluye energía cinética y energía potencial.
- La energía de Fermi solo se puede definir para fermiones que no interactúan (donde la energía potencial o el borde de la banda es una cantidad estática y bien definida), mientras que el nivel de Fermi (el potencial electroquímico de un electrón) permanece bien definido incluso en sistemas de interacción complejos, en equilibrio termodinámico.
Dado que el nivel de Fermi en un metal en cero absoluto es la energía del estado de una sola partícula ocupada más alta, entonces la energía de Fermi en un metal es la diferencia de energía entre el nivel de Fermi y el estado de una sola partícula ocupada más baja, a temperatura cero.
Básicamente, esta energía fermi también se llama energía promedio de gas de electrones libres.
