Techniklexikon

Fermi-Fläche

Festkörperphysik, Fläche eines Elektronensystems im Impuls-bzw. k-Raum, auf der die Energie E(k) der Elektronen den Wert der Fermi-Energie E_F annimmt. Im Fall freier Elektronen nimmt die Fermi-Fläche die Form einer Kugeloberfläche an (Fermi-Kugel). Im periodischen Potential eines Kristallgitters jedoch ist E(k) im allgemeinen richtungsabhängig, was eine Deformation der Kugelgestalt zur Folge hat. Schneidet die Fermi-Fläche eine der Brillouin-Zonen, so kann man zeigen, dass die Fermi-Fläche senkrecht auf der Randfäche der Brillouin-Zone stehen muss. Teilstücke der Fermi-Fläche einer höheren Brillouin-Zone können durch Verschiebung entlang eines Gittervektors in die erste Brillouin-Zone projiziert werden und bilden geschlossene Teilflächen. Diese gehören i.a. unterschiedlichen Elektronenbändern (Bandstruktur) an. Die Fermi-Fläche hat deshalb oft eine komplizierte Topographie (Abb.). Experimentell kann diese durch Messung der De-Haas-van-Alphen-Oszillationen bestimmt werden.

Fermi-Fläche von Kupfer.