Physique du Solide : conduction dans un métal à 0K ??

[invite1a85c30c]

Bonjour à toutes et à tous,

Voilà voilà, j'aurais besoin que quelqu'un m'éclaire :

1) N'y aurait-il pas une ambiguïté dans la définition de l'énergie de Fermi?

En effet, en physique du solide, on a l'habitude de définir l'énergie de Fermi comme le potentiel chimique du système à 0K. Donc, a priori, l'énergie de Fermi ne dépend pas de la température... Alors qu'en physique des solides, plus particulièrement en physique des semi-conducteurs, l'énergie de Fermi peut varier avec la température! Ici, l'énergie de Fermi serait donc le niveau d'énergie le plus haut que les électrons peuvent occuper à une température T donnée, non?
C'est donc qu'on ne parle pas de la même chose dans les 2 cas...?

2) Considérons maintenant un métal à 0K. Pour un métal, l'énergie de Fermi se situe au milieu d'une bande d'énergie. A 0K, les électrons ne peuvent pas occuper des états situés au dessus de l'énergie de Fermi.

Admettons maintenant que l'on applique un champ électrique. Ceci, est équivalent à donner une énergie -eV à chaque électron (où V est la différence de potentiel). Les électrons occupant des niveaux d'énergie juste en dessous du niveau de Fermi pourront-ils passer au dessus de l'énergie de Fermi et conduire du courant??
Cette excitation -eV n'est absolument pas prise en compte par la distribution de Fermi-Dirac (qui ne s'occupe que des excitations thermiques), mais que se passe-t-il? Y a-t-il conduction?

J'aurais tendance à dire non, mais je ne suis vraiment pas certain...

Merci d'avance pour ceux qui auront pris la peine de lire.
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[invite6dffde4c]

Bonjour.
L'énergie (ou le niveau) de Fermi est celle à laquelle la probabilité qu'un état soit occupé est de ½..
Il n'est pas le niveau le plus haut que les électrons peuvent occuper. En particulier, dans les semi-conducteurs, le niveau se situe dans la bande interdite, là où il ne peut pas avoir d'électrons. Cela n'empêche qu'à la température d'utilisation, des électrons se trouvent dans la bande de conduction. Même pour des semi-conducteurs P.

Dans un métal le niveau se situe dans une bande permise. Pas nécessairement au milieu.

Appliquer un champ électrique n'est pas donnér de l'énergie aux électrons. Encore moins qV.
Un champ électrique crée une force sur les électrons, qui augmente légèrement leur vitesse entre deux collisions avec les atomes du réseau. Dans ces collisions ils perdent cet excès d'énergie. À la température ambiante, ceci donne lieu à l'effet Joule. À très basse température, ils ne peuvent pas transmettre leur énergie aux atomes du réseau et le métal dévient supraconducteur.

Dans un solide, le nombre d'états possibles dans une bande permise est tel que la distance entre les états est ridiculement petite. Des électrons proches du niveau de Fermi peuvent monter à des états de plus haute énergie facilement.

Dans un semi-conducteur à basse température, ce n'est pas le cas, car il n'y a pas de niveaux ni même des électrons prés du niveau de Fermi. La bande de valence est pleine, celle de conduction est vide et le semi-conducteur ne conduit pas.
Au revoir.

[coussin]

Voir la page wikipedia concernant la possible confusion entre niveau et énergie de Fermi