【位能井】有限深方形阱 |

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勢阱(英語:Potential well)是一個包圍着勢能局部點鄰域。

勢阱捕獲能量轉化其它形式能量(例如能量從重力勢阱中逃脱轉化動能),因為它勢阱局部點捕獲。

因此,一個勢阱捕獲物體不能繼續全局勢能處運動,即使它熵原理地傾向於全局點運動。

截然不同地,量子力學裏,雖然粒子能量於阱壁位勢,阱外找到粒子機率於0。

位能井 Play

勢阱捕獲能量轉化其它形式能量(例如能量從重力勢阱中逃脱轉化動能),因為它勢阱局部點捕獲。

因此,一個勢阱捕獲物體不能繼續全局勢能處運動,即使它熵原理地傾向於全局點運動。

量子力學裏,方形阱,稱為深位勢阱,是無限深方形阱延伸。

方形阱是一個阱內位勢0,阱外位勢值位勢阱。
位能井

關於一個或多個粒子,這種位勢作用中量子行為問題,稱為深位勢阱問題。

無限深方形阱問題是,阱外找到粒子機率於0。

經典力學裏,假若,粒子能量於阱壁位勢,則粒子只能移動於阱內,無法存在於阱外。

截然不同地,量子力學裏,雖然粒子能量於阱壁位勢,阱外找到粒子機率於0。

一維方形阱阱

L

{\displaystyle L\,\!}

,左邊阱壁右邊阱壁位置

x
=

L

/

2

{\displaystyle x=-L/2\,\!}

x
=
L

/

2

{\displaystyle x=L/2\,\!}

阱內位勢0。

阱壁,位勢突然升高為

V

0

{\displaystyle V_{0}\,\!}

阱外位勢保持為

V

0

{\displaystyle V_{0}\,\!}


位能井

這一維阱整個一維空間分為三個區域:阱左邊,阱內,阱右邊。

每一個區域內,應著位勢,描述粒子量子行為波函數

ψ

{\displaystyle \psi \,\!}

,標記:[1]:78-82
這些波函數,滿足,一維不含時間薛丁格方程式:
其中,

{\displaystyle \hbar \,\!}

是約化普朗克常數,

m

{\displaystyle m\,\!}

是粒子質量,

x

{\displaystyle x\,\!}

是粒子位置,

V
(
x
)

{\displaystyle V(x)\,\!}

是位勢,

E

{\displaystyle E\,\!}

是能量。

阱內,位勢

V
(
x
)
=
0

{\displaystyle V(x)=0\,\!}

,方程簡化:
設定波數

k

{\displaystyle k\,\!}


這是一個多研究二階常微分方程。

總結前面導引出結果,波函數

ψ

{\displaystyle \psi \,\!}

形式為:

x

{\displaystyle x\,\!}

趨向負無窮,包含

F

{\displaystyle F\,\!}

項目趨向。

位能井 Play

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位能井- 維基百科,自由的百科全書

位能井

阱外,位勢

V
(
x
)
=

V

0

>
0

{\displaystyle V(x)=V_{0}>0\,\!}

,薛丁格方程為:
視能量是否於位勢而定,有兩種解答。

一種是粒子解答,另一種是束縛粒子解答。

假若,粒子能量於位勢:

E
< V 0 {\displaystyle E位能井

設定
解是指數函數。

所以,阱左邊區域阱右邊區域波函數是
其中,

F

{\displaystyle F\,\!}

G

{\displaystyle G\,\!}

H

{\displaystyle H\,\!}

I

{\displaystyle I\,\!}

是常數。

邊界條件,可以找到常數

A

{\displaystyle A\,\!}

B

{\displaystyle B\,\!}

F

{\displaystyle F\,\!}

G

{\displaystyle G\,\!}

H

{\displaystyle H\,\!}

I

{\displaystyle I\,\!}

值。

總結前面導引出結果,波函數

ψ

{\displaystyle \psi \,\!}

形式為:

x

{\displaystyle x\,\!}

趨向負無窮,包含

F

{\displaystyle F\,\!}

項目趨向。

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有限深方形阱- 維基百科,自由的百科全書

位能井形狀微擾對其建構的量子引擎效率的影響

類,當

x

{\displaystyle x\,\!}

趨向,包含

I

{\displaystyle I\,\!}

項目趨向。

可是,波函數任何

x

{\displaystyle x\,\!}

是值。

因此,設定

F
=
I
=
0

{\displaystyle F=I=0\,\!}

阱外區域波函數變為
阱左邊,隨著

x

{\displaystyle x\,\!}

,波函數

ψ

1

(
x
)

{\displaystyle \psi _{1}(x)\,\!}

呈指數遞減。

而阱右邊,隨著

x

{\displaystyle x\,\!}

,波函數

ψ

3

(
x
)

{\displaystyle \psi _{3}(x)\,\!}

呈指數遞減。

這是合理。

這樣,波函數才能夠歸一化。

於方形阱稱於

x
=
0

{\displaystyle x=0\,\!}

,可以利用這稱性來省略計算步驟。

波函數不是奇函數函數。

假若,波函數

ψ

{\displaystyle \psi \,\!}

是奇函數,則
於整個波函數

ψ

{\displaystyle \psi \,\!}

滿足性可微性。

阱壁,兩個波函數函數值導數值相配: