ферми-уровень, значение энергии, ниже которой все энергетические состояния частиц вырожденного газа (См. Вырожденный газ)
, подчиняющихся статистике ферми – Дирака (Фермионов)
, при абсолютном нуле температуры заняты (см. Статистическая физика). Существование Ф. э. – следствие Паули принципа
, согласно которому в состоянии с определённым импульсом
p не может находиться более (2
s + 1) частиц (
s – Спин частицы).Ф. э. совпадает со значениями химического потенциала (См. Химический потенциал) газа фермионов при
Т =
0 К. Ф. э.
EF можно выразить через число
n частиц газа в единице объёма:
m – масса частицы. Величина
pF =
называется ферми импульсом, или граничным импульсом. При
Т =
0 К все состояния с импульсами
р <
pF заняты частицами, а с
р >
pF – свободны. Иными словами, при
Т = 0 К фермионы занимают в импульсном пространстве состояния внутри сферы
p2 = 2
mEF с радиусом
pF (ферми-сферы). При нагревании некоторые частицы переходят из состояния с
р <
pF в состояние с
р >
pF. Внутри ферми-сферы появляются свободные места, называемые дырками. Величина
vF =
pF/m =
называется ферми-скоростью (или граничной скоростью), определяет верхнюю границу скоростей фермионов при Т = 0 К.