طاقة فيرمي
طاقة فيرمي أو بما يعرف بمستوى فيرمي في فيزياء الجوامد وفيزياء المواد المكثفة تمثل أعلى مستوى طاقة يشغلها إلكترون عند درجة الصفر المطلق. فعند درجة حرارة صفر كلفن (الصفر المطلق) لا تكتسب الإلكترونات أي طاقة حرارية تساعدها على التحرك. وتبدأ بملء مستويات الطاقة الأدنى في "تجمعات الذرات " أولا ثم الأعلى، فالأعلى، مشكلة بحرا من الإلكترونات يدعى بحر فيرمي. حيث يمثل سطح هذا البحر " طاقة فيرمي ". عند ارتفاع درجة الحرارة فوق الصفر لا تتزحزح طاقة فيرمي عن مكانها على الإطلاق لأنها حد معين مميز للمادة، ولكن الإلكترونات التي تكتسب طاقة تتعدى هذا الحد، فهي تتوزع فوقه طبقا لتوزيع بولتزمان وتصبح حرة يمكنها الحركة والتوصيل .
(يمكننا تشبيه ذلك بفنجان نملأ فيه رملا، حيث يرتفع مستوى الرمل في الفنجان إلى أن يصل إلى حافته [ذلك هو حد فيرمي بالنسبة للإلكترونات في تجمع ذرات]. فإذا أضفنا رملا آخر فوق هذا الحد فهو ينسكب خارج الفنجان، ونقول أن هذا الرمل أصبح حرا طليقا، أي ليس في الفنجان.) ولطاقة فيرمي أهمية كبرى في تعيين موصلية المادة للكهرباء لإنها مسؤولة مباشرا عن تعيين عدد الإلكترونات التي تصعد لنطاق التوصيل ولذلك تكتسب أهمية أكبر في أشباه الموصلات. فحسب إحصاء فيرمي-ديراك يكون احتمال وجود إلكترون عند مستوى طاقة فيرمي هي 50 % , و كذلك احتمال وجود ثغرة عند نفس مستوى طاقة فيرمي هي أيضا 50 % , مما يعني تواجد حوامل شحنة - من النوعين - عند مستوى فيرمي.
المراجع
areq.net
التصانيف
ميكانيكا إحصائية نبائط فيزياء العلوم التطبيقية