Tillståndsfördelningen

Tillståndsfördelningen är ett begrepp som beskriver hur många tillstånd som finns tillgängliga för ett fysiskt system inom ett givet värde av en parameter, oftast energi, och hur dessa tillstånd fördelar sig över olika energinivåer. Den används särskilt inom kvantfysik och fast materia för att illustrera hur energinivåer, vibrationer eller andra kvanttal är organiserade i ett system och hur ofta de olika tillstånden förekommer.

I praktiken definieras ofta en mängd av antal tillstånd per energienhet, kallad tillståndstätheten eller densitetsfördelningen över energi. Den lokala tillståndsfördelningen g(E) ger antalet tillstånd mellan energi E och E + dE. Den kumulativa funktionen N(E) räknar antalet tillstånd med energi upp till E. För företagningen av fysiska egenskaper används ofta occupationen av tillstånden: sannolikheten att ett tillstånd vid energi E är befolkat ges av termodynamiska reson, exempelvis Fermi-Dirac-fördelningen för fermioner eller Bose-Einstein-fördelningen för bosoner.

Tillståndsfördelningen är viktig för att beräkna termodynamiska kvantiteteter som antalet partiklar, inre energi och specifik värme i ett system, liksom elektriska och optiska egenskaper i fasta ämnen. I kvantmekaniska beräkningar kan g(E) beräknas från bandstrukturer eller vibrationalmodi, medan experimentella tekniker som tunnlingstekniker och fotoelektronspektroskopi ger information om tillståndsfördelningen i material.