在固体物理学中,一个由无相互作用的
费米子组成的系统的费米能(EF)表示在该系统中加入一个粒子引起的
基态能量的最小可能增量。费米能亦可等价定义为在
绝对零度时,处于基态的费米子系统的
化学势,或上述系统中处于基态的单个费米子的最高能量。费米能是
凝聚态物理学的核心概念之一。
根据
量子力学理论,具有半奇数
自旋量子数(通常为1/2)的
费米子,如电子,遵循
泡利不相容原理,即一个
量子态只能被一个粒子所占据。因此,费米子在能级中的分布遵循
费米-狄拉克分布。一个由无相互作用的费米子组成的系统的
基态模型可按照如下的方法构造:从无粒子系统开始,将粒子逐个填入现有而未被占据的最低能量的量子态,直到所有粒子全部填完。此时,系统的费米能就是最高占据
分子轨道(highest occupied molecular orbital,缩写为
HOMO)的能量。在
导电材料中,HOMO与最低未占据分子轨道(lowest unoccupied molecular orbital,缩写为
LUMO)是等价的。但在其它材料中,上述两个轨道的能量会相差2-3
电子伏。事实上这一
能隙在导体中也存在,只是小得可以忽略而已。