Livello di Fermi

Il livello di Fermi di un corpo allo stato solido è il lavoro termodinamico necessario per aggiungere un elettrone al corpo. È una quantità termodinamica solitamente indicata con µ o E_F ^[1] per brevità. Il livello di Fermi non include il lavoro necessario per rimuovere l'elettrone da dove proviene. Una comprensione precisa del livello di Fermi, come si relaziona alla struttura elettronica a bande nel determinare le proprietà elettroniche, come si relaziona con la tensione e il flusso di carica in un circuito elettronico, è essenziale per una comprensione della fisica dello stato solido.

Nella teoria della struttura a bande, utilizzata nella fisica dello stato solido per analizzare i livelli di energia in un solido, il livello di Fermi può essere considerato come quell'ipotetico livello di energia di un elettrone, tale che all'equilibrio termodinamico avrebbe una probabilità del 50% di essere occupato in un dato momento . La posizione del livello di Fermi rispetto ai livelli energetici delle bande è un fattore cruciale nella determinazione delle proprietà elettriche. Il livello di Fermi non corrisponde necessariamente ad un reale livello di energia (in un isolante il livello di Fermi si trova nella banda proibita), né richiede l'esistenza di una struttura a bande. Tuttavia, il livello di Fermi è una grandezza termodinamica definita con precisione e le differenze tra i livelli di Fermi possono essere misurate semplicemente con un voltmetro.