Слайд 1Лекція №13
Хвильові властивості речовини
Слайд 2План лекції
Хвилі же Бройля
Співвідношення невизначеностей Гейзенберга.
Рівняння Шредінгера. Принцип суперпозиції.
Частинка в
нескінченно глибокій потенціальній ямі.
Проходження частинки крізь потенціальний бар'єр.
Слайд 3Хвилі де Бройля
припустив, що будь-яка частинка яка має масу
і швидкість відповідає деякий хвильовий процес, для якого енергія і
імпульс збігаються із значеннями енергії і імпульсу релятивістської частинки
Слайд 4Фазова швидкість
Циклічна частота
Хвильове число
Фазова швидкість
Слайд 5Групова швидкість в нерелятивістському випадку
Слайд 6 релятивістська енергія
хвиля де Бройля
Швидкість електрона
Слайд 7Принцип квантового детермінізму.
квантовий детермінізм -
знати початкові умови і рівняння руху, які повністю визначають поведінку
системи в наступний момент часу.
Слайд 8 Існують два принципово різні підходи до формулювання квантової
механіки:
І - підхід Шредінгера,
ІІ - підхід Гейзенберга.
У першому варіанті (Ервін ШредінгерУ першому варіанті (Ервін Шредінгер) вектори станів змінюються з часом, а оператори - ні.
У другому варіанті (Гейзенберг), навпаки, вектори станівУ другому варіанті (Гейзенберг), навпаки, вектори станів є сталими у часіУ другому варіанті (Гейзенберг), навпаки, вектори станів є сталими у часі, а уся еволюціяУ другому варіанті (Гейзенберг), навпаки, вектори станів є сталими у часі, а уся еволюція у часі перенесена на оператори.
Слайд 9 У зображенні Шредінгера: вектори стану
У зображенні Шредінгера: вектори стану є функціями часу. Рівняння Шредінгера
визначає зміну вектору стану з часом.
Слайд 10В квантовій механіці фізичним величинам не зіставляють якісь конкретні числові
значення. Натомість, робиться припущення про розподіл імовірності зіставляють якісь конкретні
числові значення. Натомість, робиться припущення про розподіл імовірності величин вимірюваного параметра. Як правило, ці імовірності залежатимуть від виду вектору стану зіставляють якісь конкретні числові значення. Натомість, робиться припущення про розподіл імовірності величин вимірюваного параметра. Як правило, ці імовірності залежатимуть від виду вектору стану в момент проведення вимірювання.
Слайд 11 Рівняння, що описує еволюцію системи, має бути
лінійним.
Рівняння Шредінгера є лінійним
Рівняння Шредінгера не лоренц-інваріантне, тобто справедливе лише для частинок, швидкість яких набагато менша за швидкість світла
Слайд 12Експериментальна база квантової механіки (квантові ефекти)
Квантування певних фізичних величин.
локалізувати вільну частинку у прямокутній потенціальній ямі локалізувати
вільну частинку у прямокутній потенціальній ямі — області простору розміром , обмеженій з обох боків нескінченно високим потенціальним бар'єром локалізувати вільну частинку у прямокутній потенціальній ямі — області простору розміром , обмеженій з обох боків нескінченно високим потенціальним бар'єром, то імпульс частинки може мати лише певні дискретні значення
де h— стала Планка де h— стала Планка, а n — довільне натуральне число де h— стала Планка, а n — довільне натуральне число. Прикладами квантованих параметрів є також момент імпульсу де h— стала Планка, а n — довільне натуральне число. Прикладами квантованих параметрів є також момент імпульсу, повна енергія де h— стала Планка, а n — довільне натуральне число. Прикладами квантованих параметрів є також момент імпульсу, повна енергія обмеженої у просторі системи, а також енергія електромагнітного випромінювання де h— стала Планка, а n — довільне натуральне число. Прикладами квантованих параметрів є також момент імпульсу, повна енергія обмеженої у просторі системи, а також енергія електромагнітного випромінювання певної частоти.
Слайд 13Квантово-хвильовий дуалізм
атоми або електрони, набувають властивостей частинок
(тобто можуть бути локалізовані в певній області простору). За інших
умов, ті самі об'єкти набувають властивостей хвиль та демонструють такі ефекти, як інтерференція.
Слайд 14ефект сплутаних квантових станів
вектор стану системи з багатьох частинок
не може бути поданий як сума окремих хвильових функцій, які
б відповідали кожній з частинок. В такому випадку кажуть, що стани частинок сплутані.
колапс загальної хвильової функції системи - таке вимірювання буде мати миттєвий вплив на хвильові функції інших частинок системи, хай навіть деякі з них знаходяться на значній відстані
Слайд 16Густини ймовірності,
що відповідають
хвильовим функціям
електронаелектрона атома водню,
що
має певну енергію
(збільшується згори
вниз: n = 1, 2, 3,
...)
і момент імпульсу
(збільшується зліва
направо: s, p, d,...).
Світліші області позначають
більшу густину ймовірності
такого вимірювання,
яке визначить, що електрон
знаходиться саме в цій точці.
Слайд 17 координата координата та імпульс
координата та імпульс не можуть бути одночасно визначені з
довільною похибкою.
З підвищенням точності вимірювання З підвищенням точності вимірювання координати, максимальна точність вимірювання імпульсу зменшується і навпаки. Ті параметри, для яких таке твердження справедливе, мають назву канонічно спряженим
Слайд 18Співвідношення невизначеностей Гейзенберга
Для імпульсу частинки і її координати
Слайд 19Співвідношення невизначеностей Гейзенберга
Для часу і енергії
Слайд 21Основний стан - стаціонарний
Нестаціонарні стани - збуджені
Слайд 23Квантові точки
штучне утворення потенціальних ям
Утворення гетероструктури
Довжина хвилі жовтого кольору
Слайд 24Об'ємне зображення квантової точки. Піраміда з атомів германію
Спонтанно утвореної на
кременевій основі
Слайд 25Квантові точки випромінюють довжину хвилі залежно від їх розмірів
Слайд 26Самозбирання квантових точок в розчині органічної речовини
іони кадмія
Іони селена
Органічна
сполука