Ketika datang ke fisika, konsep energi adalah hal yang rumit, tunduk pada banyak makna yang berbeda dan bergantung pada banyak konteks yang mungkin. Misalnya, ketika berbicara tentang atom dan partikel, energi muncul dalam beberapa bentuk, seperti energi listrik, energi panas, dan energi cahaya.
Tetapi ketika seseorang masuk ke bidang mekanika kuantum, ranah yang jauh lebih kompleks dan berbahaya, segalanya menjadi lebih rumit. Di bidang ini, para ilmuwan mengandalkan konsep-konsep seperti Fermi Energy, sebuah konsep yang biasanya mengacu pada energi dari keadaan kuantum tertinggi yang terisi dalam sistem fermion pada suhu nol absolut.
Fermion:
Fermion mengambil nama mereka dari fisikawan Italia abad ke-20 yang terkenal, Enrico Fermi. Ini adalah partikel subatom yang biasanya terkait dengan materi, sedangkan partikel subatom seperti boson adalah pembawa gaya (berhubungan dengan gravitasi, gaya nuklir, elektromagnetisme, dll.) Partikel-partikel ini (yang dapat berbentuk elektron, proton dan neutron) mematuhi Pauli. Prinsip Pengecualian, yang menyatakan bahwa tidak ada dua fermion yang dapat menempati keadaan kuantum (satu-partikel) yang sama.
Dalam sistem yang mengandung banyak fermion (seperti elektron dalam logam), setiap fermion akan memiliki rangkaian bilangan kuantum yang berbeda. Energi Fermi, sebagai konsep, penting dalam menentukan sifat listrik dan termal padatan. Nilai tingkat Fermi pada nol absolut (-273,15 ° C) disebut energi Fermi dan merupakan konstanta untuk setiap padatan. Level Fermi berubah ketika padatan dihangatkan dan sebagai elektron ditambahkan atau ditarik dari padatan.
Menghitung Energi Fermi:
Untuk menentukan energi terendah yang dapat dimiliki sistem fermion (alias. Energi Fermi serendah mungkin), pertama-tama kita mengelompokkan negara bagian ke dalam perangkat dengan energi yang sama, dan memesan perangkat ini dengan meningkatkan energi. Dimulai dengan sistem kosong, kami kemudian menambahkan partikel satu per satu, secara berturut-turut mengisi keadaan kuantum kosong dengan energi terendah.
Ketika semua partikel telah dimasukkan, energi Fermi adalah energi dari keadaan terisi tertinggi. Apa artinya ini adalah bahwa bahkan jika kita telah mengekstraksi semua energi yang mungkin dari logam dengan mendinginkannya pada suhu mendekati nol mutlak (0 kelvin), elektron-elektron dalam logam itu masih bergerak. Yang tercepat bergerak pada kecepatan yang sesuai dengan energi kinetik yang sama dengan energi Fermi.
Aplikasi:
Energi Fermi adalah salah satu konsep penting fisika benda terkondensasi. Ini digunakan, misalnya, untuk menggambarkan logam, isolator, dan semikonduktor. Ini adalah kuantitas yang sangat penting dalam fisika superkonduktor, dalam fisika cairan kuantum seperti helium suhu rendah (baik 3He normal maupun superfluid), dan sangat penting bagi fisika nuklir dan untuk memahami stabilitas bintang katai putih terhadap keruntuhan gravitasi .
Yang membingungkan, istilah "energi Fermi" sering digunakan untuk menggambarkan konsep yang berbeda tetapi terkait erat, tingkat Fermi (juga disebut potensi kimia). Energi Fermi dan potensi kimia sama pada nol absolut, tetapi berbeda pada suhu lainnya.
Kami telah menulis banyak artikel menarik tentang fisika kuantum di sini di Space Magazine. Inilah Apa itu Model Atom Bohr ?, Keterikatan Kuantum Dijelaskan, Apakah Model Cloud Elektron, Apa itu Eksperimen Celah Ganda?, Apa itu Gravitasi Lingkaran Kuantum? dan Menyatukan Prinsip Kuantum - Mengalir dalam Empat Dimensi.
Jika Anda ingin info lebih lanjut tentang Fermi Energy, lihat artikel ini dari Hyperphysics and Science World.
Kami juga merekam seluruh episode Pelajaran Astronomi tentang Mekanika Kuantum. Dengarkan di sini, Episode 138: Mekanika Kuantum.
Sumber:
- Wikipedia - Fermi Energy
- Wikipedia - Fermion
- Encyclopaedia Britannica - Fermi Energy
- Hyperphysics - Fermi Level
