En la física de los semiconductores, ¿cuál es la diferencia entre estado de equilibrio y equilibrio . ¿Cómo varía el análisis de los dispositivos en estos procesos?
"Equilibrio" significa equilibrio térmico. El sólido tiene una temperatura bien definida y una energía de Fermi constante. La energía de Fermi es un valor energético con el que se comparan los niveles de energía para determinar el grado de ocupación (o no) de un nivel energético. Por lo general, cuando el nivel de Fermi es constante en todo un sólido, los electrones se difunden por igual en todas las direcciones.
"Estado estacionario" significa que las propiedades del sistema no cambian con el tiempo. Los estados de no equilibrio pueden ser estados estables si existe una fuente de energía para mantener la condición de no equilibrio. Sin la fuente de energía, el sistema se instalaría rápidamente en un estado de equilibrio.
Una unión p-n (diodo eléctrico) sin tensión aplicada está en estado de equilibrio. El mismo diodo con una tensión aplicada a través de él se encuentra en un estado de no equilibrio, pero estable. La tensión aplicada eleva la energía de Fermi en un lado de la unión con respecto al otro, y esa diferencia de energía de Fermi se mantiene gracias a la fuente de tensión (energía). Los electrones se difunden preferentemente en una dirección. Las propiedades del sistema no cambian con el tiempo, pero el estado es de no equilibrio.
El análisis de estos estados es más o menos el mismo en ambos casos. La física del estado sólido, la mecánica estadística y la teoría del transporte se aplican a ambos casos. Sin embargo, las condiciones en las que se realiza el análisis cambian. Por ejemplo, en una unión p-n sesgada hay que establecer la condición de que la energía de Fermi cambie en la unión.
Si el sistema tiene una temperatura bien definida, ¿puede estar tanto en estado estacionario como en equilibrio? ¿Suponiendo que el flujo de calor es cero en todas las partes del sistema, esto implica que está en equilibrio térmico o en estado estacionario (o ambos)?
@AntoniosSarikas Sí. Y las distinciones no son perfectamente cortadas y secas. Si tienes condiciones de contorno que toman energía por ejemplo. Y otra cosa que mete energía. O si tienes un volumen de control en una tubería con flujo constante. Algunas personas creen que "ha alcanzado el estado estacionario" o incluso "se ha estabilizado en el estado estacionario", es una afirmación sensata (como yo). Otros no. Suelen pensar en un sistema aislado y en un caso en el que los límites pueden o no estar abiertos y creen que se generaliza.
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"Estado estacionario" significa, en general, que el sistema puede ser dinámico pero las derivadas son nulas. Por ejemplo, un fuego que arde en el interior de una caja alcanza el estado estacionario cuando la energía disipada al exterior es igual a la generada por el fuego. No se trata de un estado de equilibrio porque la energía se disipa.