ФЕ́РМИ-ГАЗ

ФЕ́РМИ-ГАЗ, газ из час­тиц с по­лу­це­лым спи­ном, под­чи­няю­щих­ся Фер­ми – Ди­ра­ка ста­ти­сти­ке. Ф.-г. из не­взаи­мо­дей­ст­вую­щих час­тиц на­зы­ва­ет­ся иде­аль­ным, а в от­сут­ст­вие внеш­них по­лей – сво­бод­ным. К Ф.-г. от­но­сят­ся: элек­тро­ны в ме­тал­лах и по­лу­про­вод­ни­ках; га­зы из ато­мов с не­чёт­ным чис­лом ну­кло­нов (напр., ³Не); ну­кло­ны в тя­жё­лых силь­но воз­бу­ж­дён­ных яд­рах, опи­сы­вае­мые в рам­ках ста­ти­сти­че­ской мо­де­ли яд­ра; эле­мен­тар­ные воз­бу­ж­де­ния элек­тро­нов, взаи­мо­дей­ст­вую­щих с фо­но­на­ми кри­стал­лич. ре­шёт­ки, и др.

При темп-ре Т=0 К иде­аль­ный Ф.-г. на­хо­дит­ся в ос­нов­ном со­стоя­нии; его час­ти­цы за­пол­ня­ют все уров­ни энер­гии вплоть до за­ви­ся­щей от плот­но­сти фер­ми-энер­гии  ℰ_F, а все уров­ни вы­ше ℰ_F сво­бод­ны. Фер­ми-энер­гии ℰ_F со­от­вет­ст­ву­ет вы­ро­ж­де­ния тем­пе­ра­ту­ра T₀=ℰ_F/k (k – по­сто­ян­ная Больц­ма­на), ни­же ко­то­рой у Ф.-г. на­чи­на­ют су­ще­ст­вен­но про­яв­лять­ся кван­то­вые свой­ст­ва.

Ф.-г. за­ря­жен­ных час­тиц, напр. элек­тро­нов, ме­ж­ду ко­то­ры­ми дей­ст­ву­ют ку­ло­нов­ские си­лы от­тал­ки­ва­ния, с уве­ли­че­ни­ем плот­но­сти ста­но­вит­ся всё бо­лее иде­аль­ным, т. к. при этом их ки­не­тич. энер­гия рас­тёт бы­ст­рее, чем ку­ло­нов­ская.

Не­иде­аль­ные Ф.-г., кро­ме эле­мен­тар­ных воз­бу­ж­де­ний фер­ми­ев­ско­го ти­па, мо­гут иметь воз­бу­ж­де­ния бо­зев­ско­го ти­па, ко­то­рым со­от­вет­ст­ву­ют со­гла­со­ван­ные, кол­лек­тив­ные дви­же­ния час­тиц, напр. зву­ко­вые или плаз­мен­ные ко­ле­ба­ния.