フェルミエナジーとは？

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物理学に関して言えば、エネルギーの概念はトリッキーなものであり、多くの異なる意味があり、多くの可能なコンテキストに依存しています。たとえば、原子や粒子について言えば、エネルギーには、電気エネルギー、熱エネルギー、光エネルギーなど、いくつかの形があります。

しかし、量子力学の分野、はるかに複雑で危険な領域に入ると、事態はさらに複雑になります。この領域では、科学者はフェルミエネルギーなどの概念に依存しています。この概念は、通常、絶対零度の温度でのフェルミオン系で最も高い占有量子状態のエネルギーを指します。

フェルミオン：

フェルミオンは、20世紀の有名なイタリアの物理学者エンリコフェルミにちなんで名付けられました。これらは通常物質に関連付けられている素粒子ですが、ボソンのような素粒子はフォースキャリアです（重力、核力、電磁気などに関連付けられています）これらの粒子（電子、陽子、中性子の形をとることがあります）はパウリに従います除外原理。2つのフェルミオンが同じ（1粒子）量子状態を占有することはできないと述べています。

多くのフェルミオン（金属中の電子など）を含むシステムでは、各フェルミオンは異なる量子数のセットを持ちます。概念としてのフェルミエネルギーは、固体の電気的および熱的特性を決定する上で重要です。絶対零度（-273.15°C）でのフェルミ準位の値はフェルミエネルギーと呼ばれ、各固体の定数です。フェルミ準位は、固体が暖められると、また電子が固体に追加またはそこから引き抜かれると変化します。

フェルミエネルギーの計算：

フェルミオンのシステムが持つことができる最低のエネルギー（別名：可能な限り最低のフェルミエネルギー）を決定するために、最初に状態を等しいエネルギーのセットにグループ化し、エネルギーを増加させることによってこれらのセットを順序付けます。空のシステムから始めて、次に粒子を1つずつ追加して、空いている量子状態を最低のエネルギーで連続的に埋めていきます。

すべての粒子が配置されると、フェルミエネルギーは最も高い占有状態のエネルギーになります。つまり、金属を可能な限りすべてのエネルギーを絶対零度（0ケルビン）まで冷却することで抽出したとしても、金属内の電子は依然として動き回っています。最も速いのは、フェルミエネルギーに等しい運動エネルギーに対応する速度で動いています。

アプリケーション：

フェルミエネルギーは、物性物理学の重要な概念の1つです。たとえば、金属、絶縁体、半導体を説明するために使用されます。超伝導体の物理学、低温ヘリウム（通常および超流動3 Heの両方）などの量子液体の物理学では非常に重要な量であり、核物理学にとって、および重力崩壊に対する白色矮星の安定性を理解することは非常に重要です。。

紛らわしいことに、「フェルミエネルギー」という用語は、異なるが密接に関連する概念であるフェルミレベル（化学ポテンシャルとも呼ばれる）を表すためによく使用されます。フェルミエネルギーと化学ポテンシャルは、絶対零度では同じですが、他の温度では異なります。

私たちはここSpace Magazineで量子物理学に関する多くの興味深い記事を書いています。ボーア原子モデルとは何ですか、量子エンタングルメントの説明、電子雲モデルとは何ですか、ダブルスリット実験とは何ですか、ループ量子重力とは何ですか？と量子原理の統一– 4次元に沿って流れる。

Fermi Energyの詳細については、Hyperphysics and Science Worldの記事をご覧ください。

また、量子力学に関するすべてのAstronomy Castのエピソード全体を録音しました。ここで聞いてください、エピソード138：量子力学。

出典：