概述

量子力学解释费米能

概述

在固体物理学中，一个由无相互作用的费米子组成的系统的费米能（EF）表示在该系统中加入一个粒子引起的基态能量的最小可能增量。费米能亦可等价定义为在绝对零度时，处于基态的费米子系统的化学势，或上述系统中处于基态的单个费米子的最高能量。费米能是凝聚态物理学的核心概念之一。

虽然严格来说，费米能级是指费米子系统在趋于绝对零度时的化学位；但是在半导体物理和电子学领域中，费米能级则经常被当做电子或空穴化学势的代名词。一般来说，“费米能级"这个术语所代表的含义可以从上下语境中判断。

费米能以提出此概念的美籍意大利裔物理学家恩里科·费米（Enrico Fermi）的名字命名。

量子力学解释费米能

根据量子力学理论，具有半奇数自旋量子数（通常为1/2）的费米子，如电子，遵循泡利不相容原理，即一个量子态只能被一个粒子所占据。因此，费米子在能级中的分布遵循费米-狄拉克分布。一个由无相互作用的费米子组成的系统的基态模型可按照如下的方法构造：从无粒子系统开始，将粒子逐个填入现有而未被占据的最低能量的量子态，直到所有粒子全部填完。此时，系统的费米能就是最高占据分子轨道（highest occupied molecular orbital，缩写为HOMO）的能量。在导电材料中，HOMO与最低未占据分子轨道（lowest unoccupied molecular orbital，缩写为LUMO）是等价的。但在其它材料中，上述两个轨道的能量会相差2-3电子伏。事实上这一能隙在导体中也存在，只是小得可以忽略而已。