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Academic year: 2024

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(1)

Ch. 5. Quantum Mechanics Ch. 5. Quantum Mechanics

Erwin Schrödinger

(1887-1961)

(2)

2

2

2

2

( , , , ) 2

ˆ ˆ

ˆ ( , , , ) ( , , , ) ( , , , ) ˆ ( , , , ) 2

( , , , ) ( , , , ) ( , , , ) ( , , , ) 2

p U x y z t H m

i H i

t

x y z t U x y z t x y z t H x y z t m

x y z t U x y z t x y z t i x y z t

m t

+ =

= − ∇ = ∂

Ψ + Ψ = Ψ

− ∇ Ψ + Ψ = ∂ Ψ

∂ p

p

= G =

= =

Schrödinger’s Equation

Schrödinger’s Equation

(3)

We consider the case of time-independent potential energy only.

2 2

2 ( , ) ( , ) ( , ) ( , )

2 x t U x t x t i x t

m x t

∂ ∂

− Ψ + Ψ = Ψ

∂ ∂

= =

( , ) ( ) U x t = U x

2 2

2 ( , ) ( ) ( , ) ( , )

2 x t U x x t i x t

m x t

∂ ∂

− Ψ + Ψ = Ψ

∂ ∂

= =

One-Dimensional Schrödinger’s Equation

One-Dimensional Schrödinger’s Equation

(4)

Try ( , ) ( ) ( ).

Then, ( ) .

i E t

x t x t

t e

ψ φ

φ −

Ψ =

= =

2 2

2

( ) ( ) ( ) ( ) 2

d x

U x x E x m dx

ψ ψ ψ

− = + =

Time-Independent Schrödinger’s Equation

Time-Independent Schrödinger’s Equation

(5)

Finite and single-valued

Normalized (except for the case of considering plane waves)

Continuous

First-order spatial derivative should be continuous (except for the case of infinite potential energy)

Wave Functions

Wave Functions

(6)

Waves of probability

function density

y probabilit )

, , ,

( x y z t

2

Ψ

Max Born (1882-1970)

Waves of What?

Waves of What?

(7)

One-Dimensional Quantum Well

One-Dimensional Quantum Well

(8)

그림

5.4

무한히 딱딱한 벽을 가진 상자에 해당하는 양끝에서 무한히 높은 장벽을 가 진 네모 퍼텐션 우물

.

One-Dimensional Quantum Well

One-Dimensional Quantum Well

(9)

2 2 2 2 2 2

, 1, 2, 3,

( ) 2 sin for 0

2 2

n

n

k n n

L

x n x x L

L L

k n

E m mL

π ψ π

π

= =

⎛ ⎞

= ⎜ ⎝ ⎟ ⎠ < <

= =

"

= =

One-Dimensional Quantum Well

One-Dimensional Quantum Well

(10)

One-Dimensional Quantum Well

One-Dimensional Quantum Well

(11)

2 2 2 2 2 2

1 1

2 1

( , ) ( ) ( ) 2 sin , 1, 2, 3,

2 2

( , ) ( , ) 2 sin

where 1.

n

n

iE t

n n n

n

iE t

n n n

n n

n n

x t x t n x e n

L L

k n

E m mL

x t C x t C n x e

L L

C

ψ φ π

π

π

∞ ∞ −

= =

=

⎛ ⎞

Ψ = = ⎜ ⎟ =

⎝ ⎠

= =

⎛ ⎞

Ψ = Ψ = ⎜ ⎟

⎝ ⎠

=

∑ ∑

=

=

"

= =

One-Dimensional Quantum Well – General Solutions One-Dimensional Quantum Well –

General Solutions

(12)

5.1

몇가지 관측가능량에 대한 연산자

Operators

Operators

(13)

Operators and Observables Operators and Observables

* ˆ

Q ∞ Q dx

= ∫ −∞ Ψ Ψ

모든 물리량에는 해당하는

Hermitian Operator

가 있고 그 고유치

(eigenvalue)

는 실수이며

,

그 물리량을 측정할 때 측정될 수 있는 값들은 그 고유치들이다

.

기대치

(14)
(15)
(16)
(17)
(18)

그림

5.7

유한한 장벽을 가진 네모 퍼텐셜 우물

.

갇혀 있는 입자의 에너지

E

가 장벽 높이

U

보다 작다

.

Finite Potential Well

Finite Potential Well

(19)

그림

5.8

유한 퍼텐셜 우물에서의 파동함수와 확률밀도

.

Finite Potential Well

Finite Potential Well

(20)
(21)
(22)

Bandgap Engineering

Bandgap Engineering

(23)

MBE (Molecular Beam Epitaxy)

MBE (Molecular Beam Epitaxy)

(24)

Quantum Well Devices Quantum Well Devices

Multiple quantum well lasers

(25)

Quantum Well Devices Quantum Well Devices

Quantum well solar cells

Quantum well modulator

(26)

More Quantum – Quantum Wires and Quantum Dots More Quantum – Quantum Wires and Quantum Dots

Quantum wire laser operating through the eye of a needle

http://wwwrsphysse.anu.edu.au/ admin/pgbrochure/nano.html

V-groove quantum wire field effect transistor

http://www.shef.ac.uk/eee/research/smd/research/quantum_fet.html

Carbon nanotube

Average pore diameter is 52 nm.

http://www.people.vcu.edu/~sbandy/project1.html

Gambar

그림 5.4  무한히 딱딱한 벽을 가진 상자에 해당하는 양끝에서 무한히 높은 장벽을 가 진 네모 퍼텐션 우물 .
표 5.1  몇가지 관측가능량에 대한 연산자
그림 5.7  유한한 장벽을 가진 네모 퍼텐셜 우물 .  갇혀 있는 입자의 에너지 E 가 장벽 높이 U 보다 작다 .
그림 5.8  유한 퍼텐셜 우물에서의 파동함수와 확률밀도 .

Referensi

Dokumen terkait