NĂNG LƯỢNG FERMI Là Gì?

Send

Khi nói đến vật lý, khái niệm năng lượng là một điều khó khăn, chịu nhiều ý nghĩa khác nhau và phụ thuộc vào nhiều bối cảnh có thể. Ví dụ, khi nói về các nguyên tử và hạt, năng lượng có nhiều dạng, chẳng hạn như năng lượng điện, năng lượng nhiệt và năng lượng ánh sáng.

Nhưng khi một người bước vào lĩnh vực cơ học lượng tử, một cõi phức tạp và nguy hiểm hơn nhiều, mọi thứ còn trở nên phức tạp hơn. Trong lĩnh vực này, các nhà khoa học dựa vào các khái niệm như Năng lượng Fermi, một khái niệm thường đề cập đến năng lượng của trạng thái lượng tử chiếm cao nhất trong một hệ thống fermion ở nhiệt độ không tuyệt đối.

Fermion:

Fermion lấy tên của họ từ nhà vật lý người Ý nổi tiếng thế kỷ 20 Enrico Fermi. Đây là những hạt hạ nguyên tử thường liên quan đến vật chất, trong khi các hạt hạ nguyên tử như boson là vật mang lực (liên kết với trọng lực, lực hạt nhân, điện từ, v.v.) Những hạt này (có thể có dạng electron, proton và neutron) tuân theo Pauli Nguyên tắc loại trừ, trong đó tuyên bố rằng không có hai fermion nào có thể chiếm trạng thái lượng tử (một hạt) giống nhau.

Trong một hệ thống chứa nhiều fermion (như electron trong kim loại), mỗi fermion sẽ có một bộ số lượng tử khác nhau. Năng lượng Fermi, như một khái niệm, rất quan trọng trong việc xác định tính chất điện và nhiệt của chất rắn. Giá trị của mức Fermi ở mức 0 tuyệt đối (-273,15 ° C) được gọi là năng lượng Fermi và là hằng số cho mỗi vật rắn. Mức Fermi thay đổi khi chất rắn được làm ấm và khi các electron được thêm vào hoặc rút ra khỏi vật rắn.

Tính năng lượng Fermi:

Để xác định năng lượng thấp nhất mà một hệ thống fermion có thể có (hay còn gọi là năng lượng Fermi thấp nhất có thể), trước tiên chúng ta nhóm các trạng thái thành các tập hợp có năng lượng bằng nhau và sắp xếp các tập hợp này bằng cách tăng năng lượng. Bắt đầu với một hệ thống trống, sau đó chúng tôi thêm từng hạt một, liên tục lấp đầy các trạng thái lượng tử chưa sử dụng với năng lượng thấp nhất.

Khi tất cả các hạt đã được đưa vào, năng lượng Fermi là năng lượng của trạng thái chiếm chỗ cao nhất. Điều này có nghĩa là ngay cả khi chúng ta đã trích xuất tất cả năng lượng có thể từ kim loại bằng cách làm lạnh nó đến nhiệt độ gần như tuyệt đối (0 kelvin), các electron trong kim loại vẫn di chuyển xung quanh. Những cái nhanh nhất đang chuyển động với vận tốc tương ứng với động năng bằng năng lượng Fermi.

Các ứng dụng:

Năng lượng Fermi là một trong những khái niệm quan trọng của vật lý ngưng tụ. Nó được sử dụng, ví dụ, để mô tả kim loại, chất cách điện và chất bán dẫn. Đây là một đại lượng rất quan trọng trong vật lý của chất siêu dẫn, trong vật lý của chất lỏng lượng tử như helium nhiệt độ thấp (cả bình thường và siêu lỏng 3He), và nó khá quan trọng đối với vật lý hạt nhân và để hiểu sự ổn định của các ngôi sao lùn trắng chống lại sự sụp đổ của lực hấp dẫn .

Một cách khó hiểu, thuật ngữ Năng lượng Fermi của FETi thường được sử dụng để mô tả một khái niệm khác nhưng có liên quan chặt chẽ, cấp độ Fermi (còn gọi là tiềm năng hóa học). Năng lượng hóa học và tiềm năng hóa học của Fermi giống nhau ở độ không tuyệt đối, nhưng khác nhau ở các nhiệt độ khác.

Chúng tôi đã viết nhiều bài viết thú vị về vật lý lượng tử ở đây tại Tạp chí Vũ trụ. Ở đây, mô hình nguyên tử Bohr là gì?, Sự vướng víu lượng tử được giải thích, Mô hình đám mây điện tử là gì, Thí nghiệm khe đôi là gì?, Trọng lực lượng tử vòng là gì? và thống nhất nguyên lý lượng tử - Chảy theo bốn chiều.

Nếu bạn thích thêm thông tin về Fermi Energy, hãy xem các bài viết này từ Hyperphysics và Science World.

Chúng tôi cũng đã ghi lại toàn bộ tập phim Thiên văn học đúc tất cả về Cơ học lượng tử. Nghe ở đây, Tập 138: Cơ học lượng tử.

Nguồn: