İçeriğe atla

Fermi seviyesi

Fermi enerjisi, elektronların toplam kimyasal potansiyeli ya da elektrokimyasal potansiyeli olarak tanımlanır ve µ veya şeklinde gösterilir. Bir cismin Fermi seviyesi, bir termodinamik miktardır ve termodinamik iş, cisme bir elektron eklemeye ihtiyaç duyduğundan ötürü, Fermi seviyesi önemlidir (işi hesaplarken, elektronun geldiği yerden yapılan işi saymaksızın). Fermi seviyesinin açık bir şekilde anlaşılması-elektronik özelliklerin belirlenmesinde Fermi seviyesinin elektronik bağ yapısı ile olan ilişkisi ve bir elektronik devrede Fermi seviyesinin voltaj ve yük akışı ile olan ilişkisi- katı hal fiziğinin anlaşılması için gereklidir.

Bir bağ yapısı resminde, Fermi seviyesi bir elektronun varsayımsal enerji seviyesi olarak kabul edilerek düşünülebilmektedir. Mesela, termodinamik dengede, bu enerji düzeyinin belirtilen herhangi bir zaman aralığında %50 oranında işgal edilme olasılığı vardır. Fermi seviyesinin, ne gerçek bir enerji seviyesine tekabül etmesine (Bir yalıtkan içerisinde Fermi seviyesi bağlar arası boşlukta bulunur.), ne de bir bağ yapısının varlığına ihtiyaç duymaktadır. Yine de, Fermi seviyesi kusursuz olarak termodinamik miktar olarak tanımlanır. Ayrıca Fermi seviyelerdeki farklılıklar, voltmetre ile kolayca ölçülebilir.

Fermi seviyesi ve voltaj

Elektrik devrelerinin en basitleştirilmiş tanımlarında, elektrik akımlarının, elektrostatik potansiyel farklarından(Galvani Potansiyeli) dolayı oluştuğu söylenebilir. Ancak bu durum, doğru değildir. Karşıt bir görüş olarak, p-n bağlantıları gibi multi - materyal araçlar, denge durumda, hiçbir akım eşlik etmeden, iç elektrostatik potansiyel farkı içermektedir. Eğer bir bağlantıya voltmetre takılırsa, ölçüm yapan kişi voltajı 0(sıfır) olarak ölçer. Açıkça, bir madde de, yük akışını etkileyen tek faktör elektrostatik potansiyel değildir. Ayrıca, termal etkiler ve Pauli itimi’ de yük akışını etkilemektedir.

Aslında, bir elektronik devrede voltaj olarak ifade edilen miktar, elektronların kimyasal potansiyeli yani Fermi seviyesi ile ilişkilidir. Voltmetrenin kabloları bir devrenin iki ucuna bağlanır ise, gözlemlenen voltaj değeri, elde edilmiş olan toplam yükün miktarı olarak belirtilebilir. Eğer, basit bir tel, farklı voltajdaki iki noktaya bağlanır ise (kısa bir devre oluşturarak), mevcut işi ısıya dönüştürmek amacı ile, akım pozitif voltajdan negatif voltaja akacaktır.

Bir voltmetre elektron yükü bölünmesi ile Fermi seviye farklılıklarını ölçmektedir.

Bir cismin Fermi seviyesi, iş yapılabilmesi için o cisme bir elektronun eklenmesinin ya da bir elektronun koparılmasının gerekli olduğunu ifade eder. Sonuç olarak, bir elektronik devrenin ‘A’ ve ‘B’ noktaları arasında olan voltajdaki gözlenen fark yani (Va-Vb), tam olarak Fermi seviyesindeki (µA-µB) farkına tekabül eder. Bu durum aşağıdaki formül ile açıklanmaktadır.

Burada –e sembolü elektronun yükünü belirtmektedir.

Buradan, eğer basitçe bir yol sağlanırsa, elektronların, bir cismin yüksek µ (yüksek voltaj)’ ından düşük µ (düşük voltaj)’ına doğru hareket edeceği sonucuna varılabilir. Elektronların bu akışı şarj etme ya da diğer itim kuvvetlerinden dolayı düşük akımı yükseltecek, buna benzer olarak yüksek akımı da düşürecektir. Sonunda, µ değeri her iki cisimde de aynı değere gelecektir. Bu durum, bir elektronik devrenin denge durumunu içeren önemli bir unsura neden olmaktadır.

Termodinamik dengede olan bir elektronik devre, bağlantılı bölgeleri boyunca bir Fermi seviyesi sabitine sahip olacaktır.

Bu ayrıca, denge durumda, iki nokta arasında voltmetre ile ölçülen voltajın 0 (sıfır) olacağı anlamına gelmektedir. Not olarak, burada bahsedilen termodinamik denge durumunun olabilmesi için, devre batarya ve diğer güç kaynakları içermeksizin veya sıcaklıkta bir değişim olmaksızın, içten bağlı olmalıdır.

Fermi Seviyesi ve bağ yapısı

Denge durumunda, birçok çeşit maddenin dolu elektronik bağ yapısı. Metallerde ve yarı metallerde, Fermi seviyesi EF en az bir bağ içerisinde yatmaktadır. Yalıtkanlarda ve yarı iletkenlerde Fermi seviyesi bağlar arası boşlukta bulunmaktadır. Ancak yarı iletkenlerde, bağlar Fermi seviyesinin elektronlar ve deliklerle termal nüfuslu olması için yeteri kadar birbirine yakın bulunmaktadır.

Katıların bağ yapıları teorisinde, elektronların tek parçacık enerji öz durumları ϵ tarafından işaretlenmiş bir dizi bağları işgal ettiği düşünülmektedir. Buradaki tek parçacık resmi bir yaklaşım olmasına rağmen, elektronik davranışın kavranmasını büyük ölçüde kolaylaştırıyor ve genellikle doğru uygulanırsa, doğru sonuç sağlıyor.

Fermi-Dirac dağılımı termodinamik denge durumunda bir olasılık vermektedir. Bir elektron ϵ enerjisine sahip olan bir durumu işgal edecektir. Alternatif olarak, bu dağılım işgal edecek elektronların ortalama sayısını verir ve bu kısıtlama Pauli exclusion prensibi tarafından empoze edilir.

Buradaki ‘T’ mutlak sıcaklık olup ‘k’ ise Boltzmann sabitini ifade etmektedir. Eğer Fermi seviyesinde (ϵ = µ) bir durum olursa, herhangi bir zamanda bu durumun %50 oranında işgal edilebilme şansı olacaktır.

µ’ nün maddenin bağ yapısı içerisindeki konumu, maddenin elektriksel davranışını tanımlamak için önem taşımaktadır.

  • Bir metalde, yarı metalde ya da dejenere olmuş bir yarı iletkende, µ değeri yerinden oynatılmış bağ arasında bulunur. µ değerine yakın olan büyük sayıdaki durumlar termal olarak aktiftir ve akımı kolayca taşırlar.
  • Bir yalıtkanın içerisindeki µ, hiçbir akım taşıyamayacak vaziyetteki düzeylerden çok uzakta, geniş bir bant boşluğunda bulunur.
  • Yerleşik veya birazcık stabil olmayan yarı iletken içerisinde, µ, termalce sayısı tam olarak bilinmeyen, uyarılmış bağ kenarında bulunan taşıcıların olduğu kenara yeteri derecede yakındır.

Yarı iletkenlerde ve yarı metallerde bağ yapısına bağlı olarak µ’nün konumu doping ya da geyting tarafından önemli bir dereceye kadar kontrol edilebilmektedir. Bu kontroller elektrotlar tarafından sabitlenmiş olan µ’ yü değiştirmemektedir. Ancak, daha doğrusu, bu kontroller bütün bağ yapısının aşağı veya yukarı kaymasına neden olur (ayrıca bazen bağ yapısının şeklini de değiştirebilmektedir.) Yarı iletkenlerin Fermi seviyesi ile ilgili daha fazla bilgi edinmek için, örneğin, Sze’ ye bakınız.

Yerel iletim bağ referansı, iç kimyasal potansiyel ve parametre

ℰ sembolü, kapatıcı bağın altındaki enerjiye (ϵC) göre ölçülen bir elektronun enerji seviyesini belirtmektedir. Genel olarak, = ϵϵC şeklinde ifade edilmektedir. Özellikle, bağ kenarındaki Fermi seviyesi referans alınarak, parametreyi ζ tanımlayabiliriz.

Fermi-Dirac dağılım fonksiyonu da ayrıca bu şekilde ifade edilebilir

1927 yılından itibaren, metallerin bağ teorisi ilk olarak Sommerfeld tarafından, termodinamik ve istatistiksel mekaniğin temeline büyük önem verilerek geliştirilmiştir. Bazı kontextlerde bağ referanslı değer yanlışlıkla Fermi seviyesi, kimyasal potansiyel ve elektrokimyasal potansiyelle karıştırılmış olunabilir. Bu makalede, ‘Fermi seviyesi referans alınarak iletim bağı’ ve ‘iç kimyasal potansiyel’ ifadeleri ζ’ yi ifade etmektedir.

ζ direkt olarak aktif olarak yük taşıyıcılarının sayısının yanı sıra, onların tipik kinetik enerjileri ile bağlantılıdır. Buna ek olarak, maddenin elektriksel iletkenliği gibi yerel özellikleri ile de bağlantılıdır. Bu nedenden ötürü, yaygın olarak, tek ve homojen bir iletken maddenin elektronlarının özellikleri incelenirken, ζ değerine odaklanılmaktadır. Serbest bir elektronun enerji durumları analiz edildiğinde, bir durumdaki ℰ değeri o durumdaki kinetik enerjiyi, ϵC değeri ise potansiyel enerjiyi ifade etmektedir. Buradan yola çıkılır ise, ζ değeri, Fermi kinetik enerji olarak da düşünülebilmektedir.

GaAs / AlGaAs heterojunction-tabanlı yüksek elektron hareketlilik transistörün bir bağ diyagramında, iletim bağı EC kenarındaki değişimlerin örneği

µ’den farklı olarak, ζ, denge durumunda bir sabit değildir. Çünkü, ϵC değerindeki değişimlerden dolayı farklı değerler alabilmektedir. ζ değeri, sık sık, yabancı/takviye maddelere ve maddenin kalitesine bağlı olarak, konumdan konuma farklılık göstermektedir. Bir yarı iletkenin ya da yarı metalin yüzeyinin yakınında, alan efekt transistörün de olduğu gibi ζ, dışarıdan uygulanan elektrik alanları tarafından güçlü bir şekilde kontrol edilebilir. Bir multi-bağlı bir maddenin içerisin de, ζ değeri, tek bir konum içerisinde, birden fazla değer alabilir. Örneğin, bir parça Alüminyum metalinin içerisinde, Fermi seviyesini kesen iki iletim bağı vardır (diğer maddelerde daha fazla iletim bağı bulunmaktadır). Her bağ kenarı farklı bir ϵC değeri ve ζ değerine sahiptir.

0(sıfır) derece ζ değeri, yaygın olarak, Fermi enerjisi olarak bilinmektedir. Bazen ζ0 olarak da yazılabilir. Ayrıca, sıfırdan farklı sıcaklıklarda Fermi enerjisi, ζ değeri yerine kullanılarak karıştırılmaktadır.

Fermi Seviyesi ve denge dışındaki sıcaklık

Fermi seviyesi µ ve T sıcaklığı, termodinamik denge durumunda, katı-hal cihazı için sabitler olarak tanımlanmıştır. Cihaz denge durumuna getirildiği ve kullanıma sunulduğu zaman, Fermi seviyesi ve T sıcaklığı artık çok iyi tanımlanmış olur. Neyse ki, verilen bir konumdaki yarı-Fermi seviyesi ve yarı-sıcaklığı, yani tam olarak işgal edilen durumları termal dağılım cinsinden tanımlamak sık sık mümkündür. Cihaz, bu tanımlama nerede ve ne zaman doğruysa, o durumun ‘yarı-denge’ olduğunu söylemektedir.

Yarı-denge yaklaşımı, bir parça metalin elektriksel iletkenliği olarak ya da termal iletkenliği olarak, bazı non-denge durumlarının basit olarak resmedilmesine izin vermektedir. Yarı-µ ve yarı-T değerleri, herhangi bir non-denge durumunda değişebilir. Mesela;

  • Eğer sistem kimyasal bir dengesizlik içeriyorsa (pillerde olduğu gibi)
  • Eğer sistem elektromanyetik alanların değişimine maruz kalıyorsa(kapasitör, transformatör ya da indüktörde olduğu gibi)
  • Farklı sıcaklıkta olan bir ışık kaynağının aydınlatması altındaysa (güneş hücrelerde olduğu gibi)
  • Cihaz içerisindeki sıcaklık sabit olmadığı zaman (ısıl çiftlerde olduğu gibi)
  • Eğer cihaz değiştirilmişse ve yeniden dengeye gelebilmesi için gereken süresi olmamışsa (piezo-elektrik ya da pyro-elektrik maddelerde olduğu gibi)
  • Bazı durumlarda, örneğin, bir madde yüksek enerjili lazer darbesine maruz kalması gibi, elektron dağılımı, termal dağılım olarak tanımlanamayabilir. Bu durumda, kimse, yarı-Fermi seviyesi ya da yarı-sıcaklık tanımlaması yapamayabilir. Elektronların, ‘non-termalize’ olduğu söylenir. Daha az çarpıcı durumlarda, sabit aydınlatma altında olan güneş hücrelerinde olduğu gibi, bir yarı-denge tanımlaması yapılabilmesi mümkün olabilir. Ancak, bu durum µ ve T’nin belirgin değerlerinin farklı bantlara olan görevine ihtiyaç duyar. Buna rağmen, bir akım geçirildiği zaman ya da maddenin ara yüzünde iyi tanımlanmadığı zaman, µ ve T değerleri, materyalin ara yüzü boyunca kesintili olarak atlayabilir (örneğin; p-n bağlantısı).

Teknik özellikler

Terminoloji problemleri

Fermi seviyesi terimi genel olarak, yarı iletkenlerdeki elektronların katı hal fiziği tartışmalarında kullanılır. Buna ek olarak, bu terimin tam doğru kullanımı, değişik seviyelerde katkılamaları olan değişik materyalleri kapsayan bazı cihazların içerisindeki bant diyagramlarını tanımlamak için gereklidir. Ancak bu bağlamlarda, Fermi seviyesi kesin olmayan bir şekilde, bağ-referans Fermi seviyesini µ-ϵC. işaret eder. Bilim adamları ve mühendisler, doping ve alan etkisi nedeniyle ϵC değerinde bir değişim olduğu zaman, iletken içerisindeki Fermi seviyesini, ‘tutturma’, ‘kontrol etme’, ‘ayarlama’ gibi kavramları refer ederek kullanırlar. Aslında, termodinamik denge, bir iletken içerisinde bulunan Fermi seviyesi, her zaman elektrotların Fermi seviyesine tam olarak eşit olacak şekilde sabitlenir, sadece bant yapısı (Fermiş seviyesi değil), doping ya da alan etkisi ile değişebilmektedir. Bunun için ayrıca bağ diyagramı konusuna bakınız. Buna benzer belirsizlik terimleri, ‘kimyasal potansiyel’ ve ‘elektrokimyasal potansiyel’dir. Ayrıca not edilmesi önemli olan bir durumda, Fermi seviyesinin, Fermi enerjisi ile aynı şey olması gerekli değildir. Kuantum mekaniğinin daha geniş bir bağlamında, Fermi enerjisi, idealize olmuş etkileşim içerisinde olmayan, düzensiz olabilen, 0 (sıfır) sıcaklığında bir Fermi gazında, bir fermiyonun maksimum kinetik enerjisini refer eder. Bu konsept çok teoriktir (etkileşim içerisinde olmayan Fermi gazı, 0 (sıfır) sıcaklığı diye bir şey yoktur ve böyle bir şeyin başarılması da imkansızdır). Ancak, bu konsept, beyaz cüceler, nötron yıldızları, atomik çekirdek ve bir metalde bulunan elektronları yaklaşık olarak tanımlayabilir. Diğer bir yandan, bu makale içerisinde ve yarı iletken fiziği alanı içerisinde, mühendislikte, sık sık ‘Fermi enerjisi’ ve ‘Fermi seviyesi’ eş anlamlı olarak kullanılmaktadır.

Fermi Seviyesi referansı ve 0 (sıfır) Fermi seviyesinin konumu

Bir koordinat sisteminde orijin noktasının seçimi gibi, enerjinin sıfır olduğu nokta da isteğe bağlı olarak seçilebilmektedir. Gözlemlenebilir olgular sadece enerji farklarına bağlıdır. Ancak, iki farklı madde incelendiği zaman, bu maddelerin 0(sıfır) enerji noktalarının seçimlerinin tutarlı olduğu ya da, anlamsız sonuçların elde edilebileceği önemlidir. Bu nedenden ötürü, farklı bileşenlerin uyum içerisinde olması için ortak bir nokta seçim isimlendirilmesi yararlı olabilmektedir. Öte yandan, eğer belirsiz bir şekilde bir referans noktası seçilir ise (mesela ‘vakum’ gibi), bu durum birçok problemin oluşmasına neden olacaktır.

Nokta seçimindeki en pratik ve yaygın seçim, dünya ya da elektriksel bir zemin gibi, büyük, fiziksel olarak iletken bir nokta seçmektir. Bir iletken iyi bir şekilde termodinamik dengedeymiş gibi düşünülebilir ve yani, µ değeri oldukça iyi durumda tanımlanır. Bu, bir yükün deposunu sağlar, yani, yüksek sayıdaki elektronlar, şarj etkisine maruz kalmadan alınır ya da verilir. Ayrıca bu erişilebilir avantajı sağlar, yani, herhangi bir maddenin Fermi seviyesi voltmetre ile kolayca ölçülebilir.

Vakum içerisindeki enerji neden mutlak sıfır olarak kullanılmak için tavsiye edilmez?

Termodinamik dengede, iki metal buradaki gibi resmedildiğinde, vakumun elektrostatik potansiyeli yani ϕ ,iş fonksiyonu grafiğinde bulunan farktan ötürü düz olmamaktadır.

Prensip olarak, kişi, vakum içerisindeki durağan bir elektronu, enerjilerin bir referans noktası olarak düşünüp kullanabilir. Eğer kişi vakumun tam olarak nerede olduğuna dikkat etmiyorsa, bu yaklaşım pek tavsiye edilmez. Buradaki problem, vakum içerisinde bulunan bütün noktalar denge durumundadır.

Termodinamik dengede, vakum içerisinde bulunmak için, elektriksel potansiyelinin birer volt farkla sıralanması tipik bir durumdur (Volta Potansiyeli). Vakum potansiyelindeki bu değişimin kaynağı, vakuma maruz kalmış iletken maddeler arasındaki iş fonksiyonundaki değişimdir. Sadece iletkenin dışında, elektrostatik potansiyel hassas olarak materyal kadar seçilen yüzeye de bağlıdır. (Kristal yönelimi, kirlilik ve diğer detaylar.)

Parametre bize evrensel olarak en iyi yaklaşım olan, yukarıda bahsedilen Dünya-Fermi seviye referansını vermektedir.

Küçük sistemlerde ayrık şarj etkisi

Tek bir elektron nedeniyle oluşan ‘şarj etkileri’ ihmal edilemediği durumlarda, yukarıda belirtilmiş olan tanımlamalar açıklığa kavuşturulmalıdır. Örneğin, iki özdeş paralel plakadan oluşmuş bir kapasitör düşünelim. Eğer kapasitör şarj edilmemiş ise, her iki taraftaki Fermi seviyesi eşittir. Yani, kişi, bir plakadan diğer plakaya elektron taşınması için enerji gerekmediğini düşünebilir. Ancak, elektron karşı plakaya geçtiği zaman, kapasitör az miktarda şarj olacaktır.Yani, bu durum çok az miktarda enerji gerektirmektedir. Normal bir kapasitörde, bu durum ihmal edilir, ancak nano-scale bir kapasitörde bu çok çok önemlidir.

Bu durumda, kişi, cihazın durumuna ek olarak, kimyasal potansiyelin termodinamik tanımlamasında da isabetli olmalıdır. Yani, cihaz elektriksel olarak izole midir? Yoksa cihaz bir elektrota bağlı mıdır?

  • Cismin ile elektrot arasında elektron ve enerji alışverişi mümkün olduğu zaman, bu durum ‘grand canonical ensemble’ tarafından tanımlanır. Kimyasal potansiyelin yani µ’nün değerinin elektrot tarafından sabitlendiği söylenebilir. Buna ek olarak, elektronların sayısında (N) dalgalanma olabilir. Bu durumda, maddenin kimyasal potansiyeli, sonsuz derecede küçük bir miktar tarafından ortalama elektron sayısını artırmak için gereken sonsuz derecede küçük miktardaki iştir. (herhangi bir zaman içerisinde, elektronların sayısı bir tam sayı olmasına rağmen, ortalama elektron sayısı sürekli olarak değişmektedir.)

Burada F(N, T) grand canonical ensemble’ın serbest enerji fonksiyonudur.

  • Eğer madde içerisindeki elektronların sayısı sabitse (ancak madde hala termal olarak bir ısı banyosuna bağlıdır.), madde canonical ensemble içerisindedir. Bu durumda, harfi harfine kimyasal potansiyeli, içerisinde kesin olarak N tane elektron bulunduran bir maddeye elektron eklemek için gereken iş olarak tanımlayabiliriz.

Burada F(N, T), canonical ensemble’ın serbest enerji fonksiyonudur. Ayrıca, maddeden bir elektron koparmak için yapılması gerek iş,

Bu kimyasal potansiyeller, termodinamik limiti içerisinin dışında, eşdeğer değildir, µ ≠ µ' ≠ µ, Coulomb ablukasında da görüldüğü gibi, küçük sistemlerde ayrım çok önemlidir. µ parametresi, küçük sistemlerde tam olarak voltmetre gerilimine bağlı kalır. İsabetli olunursa, Fermi seviyesi, bir elektron yükünün, deterministik şarj olayı tarafından tanımlanmaktan ziyade, bir elektronun sonsuz derecede küçük bir franksiyonu tarafından istatistiksel bir şarj olayı olarak tanımlanır.

Kaynakça

"Fermi Level". 13 Aralık 2015 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 14 Şubat 2014. 

İlgili Araştırma Makaleleri

<span class="mw-page-title-main">Termodinamik</span> enerji bilimi

Termodinamik; ısı, iş, sıcaklık ve enerji arasındaki ilişki ile ilgilenen bilim dalıdır. Basit bir ifadeyle termodinamik, enerjinin bir yerden başka bir yere ve bir biçimden başka bir biçime transferi ile ilgilenir. Bu süreçteki anahtar kavram, ısının, belirli bir mekanik işe denk gelen bir enerji biçimi olmasıdır.

Fermiyon, parçacık fiziğinde, Fermi-Dirac istatistiğine uyan parçacıktır. Başka bir deyişle, Enrico Fermi ve Paul Dirac'ın gösterdiği üzere, Bose-Einstein istatistiğine sahip bozonların aksine fermiyonlar, belirtilen zamanda sadece bir kuantum durumuna karşılık gelebilen parçacıklardır. Eğer iki ayrı fermiyon uzayda aynı yerde tanımlanmışsa her bir fermiyonun özelliği birbirinden farklı olmak zorundadır. Örnek olarak, iki elektron bir çekirdeğin etrafında aynı orbitalde bulunacaklarsa, bu kez aynı spin durumunda olamazlar ve her orbitalde elektronun biri yukarı diğeri aşağı spin durumundadır.

<span class="mw-page-title-main">Yarı iletken</span> Normal şartlar altında yalıtkan iken belirli fiziksel etkilerde iletken duruma geçen madde

Yarı iletken üzerine yapılan mekanik işin etkisiyle iletken özelliği kazanabilen, normal şartlar altında yalıtkan olan maddelerdir.

<span class="mw-page-title-main">Pauli dışarlama ilkesi</span> Kuantum mekaniği prensibi: iki özdeş fermiyon aynı anda, aynı kuantum halinde bulunamazlar.

Pauli dışarlama ilkesi ya da Pauli dışlama ilkesi, iki ya da daha çok özdeş fermiyonun aynı kuantum durumda olamayacağını belirten bir kuantum mekaniği yasasıdır. Bu yasa, kuramsal fizikçi Wolfgang Pauli tarafından 1925 yılında bulunmuştur. İlk bulunuşunda yasa yalnızca elektronlar için geçerliyken, 1940 yılında Spin-istatistik teoreminin bulunmasıyla birlikte bütün fermiyonları kapsayacak biçimde genişletilmiştir.

<span class="mw-page-title-main">Elektrik akımı</span> elektrik yükü akışı

Elektrik akımı, elektriksel akım veya cereyan, en kısa tanımıyla elektriksel yük taşıyan parçacıkların hareketidir. Bu yük genellikle elektrik devrelerindeki kabloların içerisinde hareket eden elektronlar tarafından taşınmaktadır. Ayrıca, elektrolit içerisindeki iyonlar tarafından ya da plazma içindeki hem iyonlar hem de elektronlar tarafından taşınabilmektedir.

<span class="mw-page-title-main">Gerilim (elektrik)</span>

Gerilim ya da voltaj elektronları maruz kaldıkları elektrostatik alan kuvvetine karşı hareket ettiren kuvvettir. Bir elektrik alanı içindeki iki nokta arasındaki potansiyel fark olarak da tarif edilir:

Elektrokimya, kimya biliminin bir alt dalı olup elektronik bir iletken ile iyonik bir iletken (elektrolit) arayüzeyinde gerçekleşen reaksiyonları inceler. Elektrokimyada amaç kimyasal enerji ve elektrik enerjisi arasındaki değişimi incelemektir.

<span class="mw-page-title-main">Enerji seviyesi</span>

Enerji seviyesi, atom çekirdeğinin etrafında katman katman biçiminde bulunan kısımların her biridir. Bu yörüngelerde elektronlar bulunur. Yörüngenin numarası; 1, 2, 3, 4, ... gibi sayı değerlerini alabilir. Yörünge numarasına baş kuantum sayısı da denir ve "n" ile gösterilir. Yörünge numarası ile yörüngenin çekirdeğe uzaklığı doğru orantılıdır.

Kapasite veya diğer adıyla sığa, bir cismin elektrik yükü depo etme yeteneğidir. Elektrikle yüklenebilen her cisim sığa barındırmaktadır. Enerji depolama aracının en yaygın formu paralel levhalı sığaçlardır. Paralel levhalı sığaçta, sığa iletken levhanın yüzey alanıyla doğru orantılıdır ve levhalar arasındaki uzaklığın ayrımıyla da ters orantılıdır. Eğer levhaların yükleri +q ve –q ise ve V levhalar arasındaki voltajı veriyorsa, sığa C şu şekildedir;

Fermi-Dirac istatistikleri, fizik biliminin bir parçası olarak Pauli dışlama prensibine uyan eş parçacıkları içeren sistemdeki bir parçacığın enerjisini tanımlar. Birbirlerinden bağımsız olarak bunu keşfeden Enrico Fermi ve Paul Dirac'tan sonra adlandırılmıştır.

Perdeleme, hareketli yük taşıyıcılarının varlığından ortaya çıkan elektrik alanının sönümünü ifade eder. Metaller ve yarıiletkenlerdeki iletim elektronları ve iyonize olmuş gazlar(klasik plazma) gibi yük taşıyıcı akışkanlarda gözlemlenir. Elektriksel olarak yüklenmiş parçacıklardan oluşan bir akışkanda, her çift parçacık Coulomb kuvveti ile etkileşir,

.

Kuantum mekaniğinde fermi enerjisi, genelde mutlak sıfır sıcaklığında etkileşimde olmayan fermiyonlardan oluşan bir kuantum sistemi içerisinde, en yüksek ve en düşük seviyede dolu vaziyetteki tek parçacık durumları arasındaki enerji farkını temsil eden bir konsepttir. Bir metalde en düşük dolu durum genelde iletken bandın altı olarak alınırken, bir fermi gazında bu durumun sıfır kinetik enerjisi olduğu kabul edilir.

<span class="mw-page-title-main">Alan etkisi (fizik)</span>

Fizikte, Alan etkisi, elektriksel alanın uygulanması sonucu materyaldeki elektrik iletkenliğinin değişimidir. Bir metalde elektriksel alanın uygulandığı bölgenin elektron yoğunluğu yüksektir ve elektrik alan metalin içine çok kısa bir mesafede yayılabilir. Ancak bir yarı-iletken de elektriksel alanın uygulandığı bölgenin elektron yoğunluğu düşük olduğu için elektriksel alan metalin içinde uzun bir mesafeye yayılabilir. Bu yayılma yarı-iletkenin yüzeyine yakın olan kısımlarının iletkenliğini değiştirir ve buna Alan Etkisi denir. Alan etkisi, Schottky Diyotu ve Alan Etkisi Transistörünün, MOSFET, JFET ve MESFET’in, temelinde yatar.

<span class="mw-page-title-main">Elektronik bant yapısı</span>

Katı hal fiziğinde, bir katının elektron kuşak yapısı ; katıdaki bir elektronun sahip olabileceği enerji aralıkları ya da sahip olamayacağı enerji aralıkları olarak tanımlanır. Enerji bant teorisi bu bant ve bant boşluklarını atom veya moleküllerin büyük periyodik kafeslerindeki bir elektron için, izinli kuantum mekaniksel dalga fonksiyonlarını inceleyerek çıkarır. Bant teorisi katıların birçok fiziksel özelliklerini; örneğin elektriksel direnç ve optik soğurum gibi, açıklamak için başarılı bir biçimde kullanılmaktadır ve katı hal cihazları anlamanın temelini oluşturmaktadır.

<span class="mw-page-title-main">Planck yasası</span> belirli bir sıcaklıkta termal denge durumunda bulunan bir kara cisim ışımasının yaydığı elektromanyetik radyasyonu ifade eden terim

Planck yasası belirli bir sıcaklıkta termal denge durumunda bulunan bir kara cisim ışımasının yaydığı elektromanyetik radyasyonu ifade eder. Yasa 1900 yılında Max Planck bu ismi önerdikten sonra isimlendirilmiştir. Planck yasası modern fiziğin ve kuantum teorisinin öncül bir sonucudur.

<span class="mw-page-title-main">Korona deşarjı</span>

Korona deşarjı; yüksek gerilimli bir iletkenin, etrafını saran hava gibi akışkanların iyonlaşmasıyla oluşan elektriksel bir deşarjdır. Havanın elektriksel bir kırılım geçirip iletkenleşmesi ve yükün iletkenden akışkana sızmasını sağlar. Korona deşarjı, iletkenin etrafındaki elektrik alanın, havanın dielektrik dayanımını aştığı yerlerde oluşur. Genellikle nemli ve sisli havalarda görülen bu deşarj işlemi radyal olarak dışarıya mor renkli ışık halkaları emite eder. Kendiliğinden meydana gelen korona deşarjı doğal olarak eğer elektrik alanı şiddetinin limiti sonsuza gitmiyorsa yüksek voltajlı sistemlerde açığa çıkar. Genellikle yüksek voltaj taşıyan iletkenlerin havaya bitişik sivri noktalarında, mavimsi bir parıltı olarak görülür ve bir gaz deşarj lambasıyla aynı özellikte ışık yayar.

Fizikte, foton gazı, fotonların gaz benzeri birikmesidir ki hidrojen ve neon gibi sıradan gazlarla basınç, sıcaklık, entropi gibi benzer özelliklere sahiptir. Foton gazının dengedeki en yaygın örneği siyah cisim ışımasıdır.

<span class="mw-page-title-main">Elektriksel özdirenç ve iletkenlik</span> Wikimedia anlam ayrımı sayfası

Elektriksel öz direnç, belirli bir malzemenin elektrik akımının akışına karşı nicelleştiren bir özelliktir. Düşük bir direnç kolaylıkla elektrik akımının akışını sağlayan bir malzeme anlamına gelir. Karşıt değeri, elektrik akımının geçiş kolaylığını ölçen elektriksel iletkenliktir. Elektriksel direnç, mekanik sürtünme ile kavramsal paralelliklere sahiptir. Elektriksel direncin SI birimi ohm, elektriksel iletkenliğin birimi ise siemens (birim) (S)'dir.

<span class="mw-page-title-main">Termodinamik durum</span>

Termodinamikte, sistemin termodinamik durumu, durum fonksiyonları olarak bilinen uygun değişken değerleriyle tam olarak tanımlanabilir. Termodinamik değişkenlerinin değerleri bir sistem için bir kere belirlendiğinde, termodinamiğin bütün özelliklerinin değerleri eşsiz bir şekilde belirlenmiş olur. Genellikle, termodinamik durum termodinamik dengenin biri olarak varsayılır. Yani, bu durum bir sistemin sadece belli bir süredeki durumu değil, durum süresiz uzunlukta aynı ve değişmezdir.

Fizikte Einstein ilişkisi; 1904'te William Sutherland'in, 1905'te Albert Einstein'ın ve 1906'da Marian Smoluchowski'nin Brown hareketi üzerine yaptıkları çalışmalarında bağımsız olarak ortaya koydukları önceden beklenmedik bir bağlantıdır. Denklemin daha genel biçimi: