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費米能階(英語:Fermi level),通常標示為「µ」或「EF」[1]。也稱為「電化學電位」[2]。
在能帶理論中,費米能階可視為熱力學平衡時,電子有50%機率佔據的假想能階。費米能階不需要對應到真正存在的能階(比如絕緣體的費米能階在能隙上),不過費米能階仍是精確定義過的熱力學物理量。[1]
費米能階與費米能在定義上有所差異,費米能定義於絕對零度[3],費米能階在任何溫度皆有定義。
在熱力學平衡下,能量為ϵ 的態被電子占據的機率可以用費米-狄拉克分布表示:[4]
上式中,T是溫度(單位:K),k是波茲曼常數。
f越接近1,表示該能量的態被電子佔據的概率越大,f越接近0,表示該能量的態被電子佔據的概率越小。如果態的能量剛好位於費米能階(即ϵ=µ),電子占據的機率剛好會是50%。
費米能階(µ)在能帶結構中的位置可用來決定物質的導電性。
半金屬與半導體可以透過摻雜或gating改變能帶與費米能階的相對位置,進而改變其導電性。
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