אנרגיית פרמי

בפיזיקה של חומר מעובה, אנרגיית פרמי (מסומנת לרוב כ-$E_{F}$ או $\varepsilon _{F}$) היא האנרגיה של רמת האנרגיה המאוכלסת הגבוהה ביותר במערכת פרמיונים בטמפרטורת האפס המוחלט. זוהי גם האנרגיה הנדרשת להוספת חלקיק למערכת, כלומר הפוטנציאל הכימי של המערכת, בטמפרטורת אפס קלווין. בטמפרטורה גבוהה מאפס הפוטנציאל הכימי שונה מאנרגיית פרמי. אנרגיית פרמי קרויה על שמו של אנריקו פרמי.

לאנרגיה זו חשיבות רבה בפיזיקה, שכן רמת פרמי של מוצק קובעת את המוליכות החשמלית שלו: בגביש, מבנה הפסים מתאר את רמות האנרגיה כפסים שבהם יש רצף של רמות אנרגיה (פסי הולכה ופסי ערכיות) ופסים ללא רמות (פסים אסורים) לסירוגין. כאשר רמת פרמי של חומר מסוים נמצאת בפס ההולכה או בפס הערכיות, החומר מוליך. כאשר רמת פרמי נמצאת בפס אסור, החומר מבודד או מוליך למחצה, כתלות בגודל פער האנרגיה בין רמת הערכיות שמתחת לרמת פרמי לרמת ההולכה שמעליה.

$E_{f}={\hbar ^{2} \over 2m}\cdot \left({3\pi ^{2}N \over V}\right)^{2/3}$

האנרגיה הממוצעת עבור גז תלת־ממדי של פרמיונים מנוון לא יחסותי:

$U={3 \over 5}NE_{f}$

מהירות פרמי היא המהירות בה יהיה לפרמיון אנרגיה קינטית השווה לאנרגיית פרמי.

ראו גם

• פס ערכיות
• חור (חשמל)