Net current in Fermi level_quasi fermi level

요약

정의상 가정	페르미 분포(Fermi-Dirac Distribution)
내용상 가정
공식
단위
응용

↑파란 박스의 글자를 클릭하시면 가정과 응용으로 넘어 가실 수 있습니다!!

 

어떤 물질에 전계가 걸리면 그 속의 전자들이 전계의 반대방향으로 힘을 받아 움직입니다. 이 과정을 Fermi level에서 관찰해보면 새롭게 이해할 수 있는 것들이 보입니다.

다음과 같이 전자의 에너지 Diagram과 페르미 준위가 있습니다. 이 페르미 준위 부분만(Fermi sea) 위에서 내려다 보면 다음 그림처럼 보일 것입니다.

사실 실제에서는 완전히 동그랗지 않지만 일딴 이해를 위해 동그랗게 그리겠습니다. 여기에 -x방향으로 전계인 Electric field를 인가하면 어떻게 될까요?

바로 다음 그림과 같이 정전기적 인력에 의해 원자 내부의 전자가 이동하게 됩니다(초록색 원). 이를 다시 옆에서 본다면

다음과 같은 모양일 것입니다. 이때 전자가 옆으로 이동하여 shift된 페르미준위를 quasi fermi준위라 합니다. 그림에서 보이듯 페르미 준위 내부의 전자는 거의 변화하지 않으며, 페르미 준위 근처의 전자들만 약간의 shift가 된다는 것을 알 수 있습니다. 이 shift한 k의 변위를 kd라 할때

입니다. 이로 인해 오른쪽 (k+방향)의 전자들은 꽉 차게 되고 왼쪽(k-방향) 전자들은 비게 됩니다. 또한 이때 전자가 차고 빔에 따라서 높아지고 낮아진 quasi fermi level은

 

따라서 어떤 물질에 다음과 같이 전계를 건다면 수많은 원자들이 다음과 같은 quasi fermi level을 구성하며 전류가 흐르게 됩니다.

추후 더 정확한 물리적 설명과 공식을 추가하겠습니다.

읽어주셔서 감사합니다!