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=((2pС›)2/2m) (3N/(2S+1)4p)2/3 где m и S масса и спин ч-цы. Величина рF=?(2m?р)=2pС›(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). .