自由電子模型

費米溫度

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費米能是一種能量,但有個很方便的問法:要把一團普通氣體加熱到多高,它的粒子才會有這麼大的能量?這個等效溫度就是費米溫度。對一塊典型的金屬來說,它大得驚人——好幾萬度,比太陽表面還熱。

它不過是把費米能從能量單位換算成溫度單位的結果,除以波茲曼常數即可。它並不是金屬真正的溫度——你那根銅線摸上去是涼的。它只是告訴你:電子僅僅因為被密密擠在一起、又被禁止共享狀態,本身就已經攜帶著多大的能量尺度。

它之所以重要,是因為把室溫和這個巨大的費米溫度一比,就能看清金屬為什麼行為這麼古怪:室溫只有費米溫度的幾百分之一,所以這片電子海實際上「冰冷」得近乎凍結。這正是為什麼只有極薄的一層電子能對熱量作出回應,也正是它們熱容如此之小的原因。

銅的費米溫度約為8萬開爾文。相比之下,300開爾文的房間對電子而言幾乎就是絕對零度——這正是為什麼給金屬加熱,只能攪動起電子海最薄的那層表皮,而非全部。

銅的費米溫度(約8萬K)遠超室溫,使電子海幾乎處於凍結狀態。

別把費米溫度真當成金屬有多熱——這塊金屬可以好端端地躺在你手裡,就是室溫。它是衡量電子能量的一把尺子,而不是溫度計上讀到的數。

又稱
T_F费米温标費米溫標