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Confusión con respecto a la densidad de estados

La densidad de estados con respecto a la energía a menudo se define como el número de estados en un nivel de energía particular. Pero encuentro esta definición ambigua. Porque según el principio de exclusión de Pauli, ningún par de electrones puede tener el mismo estado, por lo tanto, como máximo solo 2 electrones pueden tener la misma energía. Pero en los semiconductores, la densidad de estados para las bandas de conducción y valencia se dan en las siguientes ecuaciones:

densidad de estados en un semiconductor

lo cual definitivamente parece dar un número real finito. Esto es particularmente confuso cuando se considera junto con el concepto de degeneración. Algunas fuentes como esto y esto, afirman que tanto la degeneración como la densidad de estados son prácticamente las mismas cantidades.

Si la función de densidad de estados no proporciona el número de estados en un nivel de energía particular sino entre un intervalo, ¿qué significan entonces la función de Fermi o la distribución de Maxwell que representan probabilidades en este contexto? Es más fácil pensar en ellos como la probabilidad de que un solo estado con una determinada energía se llene. Pero nuevamente, según el principio de exclusión de Pauli, solo existen 2 estados de este tipo.

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La densidad de estados con respecto a la energía a menudo se define como el número de estados en un nivel de energía particular

Esta no es la definición correcta. La densidad de estados $g$ es la función tal que el número de estados por unidad de volumen con energía en el intervalo infinitesimal $[E,E+\mathrm dE]$ está dado por $g(E) \mathrm dE$. En otras palabras, el número de estados por unidad de volumen con energía entre $E_1$ y $E_2$ es $$\frac{N}{V} = \int_{E_1}^{E_2} g(E) \mathrm dE$$

Porque según el principio de exclusión de Pauli, ningún par de electrones puede tener el mismo estado, por lo que como máximo sólo 2 electrones pueden tener la misma energía.

La última parte de esa declaración es incorrecta, porque se podrían tener un número muy grande de estados que tengan exactamente la misma energía. El principio de exclusión de Pauli dice que cada estado puede ser ocupado por como máximo un electrón, pero si hay mil millones de estados con la misma energía, entonces podrías tener mil millones de electrones con esa energía.

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