Национальный цифровой ресурс Руконт - межотраслевая электронная библиотека (ЭБС) на базе технологии Контекстум (всего произведений: 634655)
Контекстум
.

Квантовая механика в приложениях к физике твердого тела (200,00 руб.)

0   0
Первый авторКраснопевцев Е. А.
ИздательствоИзд-во НГТУ
Страниц354
ID205773
АннотацияИзложены физические и математические основы квантовой механики и их приме- нение в физике твердого тела, в полупроводниковых структурах. Приводятся примеры, иллюстрирующие теоретические положения, и задачи для самостоятельной работы. Из- дание предназначено для студентов инженерно-технических специальностей, присту- пающих к изучению микро- и наноэлектроники.
ISBN978-5-7782-1464-4
УДК530.145.6(075.8)
Краснопевцев, Е. А. Квантовая механика в приложениях к физике твердого тела : учебное пособие / Е. А. Краснопевцев .— Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2010 .— 354 с. — (Учебники НГТУ) .— ISBN 978-5-7782-1464-4 .— URL: https://rucont.ru/efd/205773 (дата обращения: 24.04.2024)

Предпросмотр (выдержки из произведения)

Такие системы с характерным размером порядка микро- и нанометра проявляют квантовые свойства, которые выглядят парадоксально с точки зрения классической физики: общее сопротивление последовательно соединенных элементов не равно сумме сопротивлений; частица проходит через барьер, превышающий ее энергию; воздействие на частицу системы в перепутанном состоянии мгновенно влияет на другие частицы, на каком бы расстоянии они ни находились; частица движется сразу по нескольким путям; в двумерном электронном газе в магнитном поле существуют квазичастицы с дробным электрическим зарядом e / 3 , e / 5 , 5e / 2 ,... <...> Только на основе квантовой механики объясняется магнетизм вещества и наблюдается векторный потенциал электромагнитного поля. <...> Например, не коммутируют операторы проекций координаты и импульса на ось. <...> Волновая функция частицы во внешнем поле находится решением уравнения Шрѐдингера – дифференциального уравнения с частными производными второго порядка, которое установил Эрвин Шрѐдингер (1887–1961) в 1926 г. Теория описывает стационарные и нестационарные системы в виде частиц во внешних полях, атомов, молекул, кристаллов. <...> Рекомбинация электрически управляемого экситона (связанного состояния электрона и дырки) в квантовой точке дает одиночную линию 960 нм . <...> (1.15) Вероятность найти частицу во всем пространстве равна единице, и выполняется условие нормировки | ( x, t ) |2 dx 1 . <...> Проекция орбитального момента квантуется m , pm rm Lz <...> ЗАРЯД В МАГНИТНОМ ПОЛЕ Магнитное поле изменяет фазу волновой функции заряда, длину волны де Бройля и условие квантования. <...> В соотношении h / p (1.13) кинетический импульс p заменяется полным импульсом P. <...> Кинетический импульс p заряда q в электрическом поле E изменяется согласно второму закону Ньютона dp / dt вание дает qE . <...> Используя B rot A A, где А – векторный потенциал, получаем rot (E A / t ) 0 . <...> Векторный потенциал не является измеримой величиной в электродинамике, и его выбор не однозначен. <...> (1.20) P(t ) p(t ) q <...>
Квантовая_механика_в_приложениях_к_физике_твердого_тела.pdf
Министерство образования и науки Российской Федерации НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Е. А. КРАСНОПЕВЦЕВ КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА В ПРИЛОЖЕНИЯХ К ФИЗИКЕ ТВЕРДОГО ТЕЛА НОВОСИБИРСК 2010
Стр.1
УДК 530.145.6(075.8) К 782 Рецензенты: д-р техн. наук, профессор А.А. Величко; д-р физ.-мат. наук, доцент В.А. Гайслер; д-р физ.-мат. наук, профессор В.Г. Дубровский Работа подготовлена на кафедре полупроводниковых приборов и микроэлектроники НГТУ для студентов РЭФ Краснопевцев Е. А. К 782 Квантовая механика в приложениях к физике твердого тела : учебное пособие / Е.А. Краснопевцев. – Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2010. – 355 с. (Серия «Учебники НГТУ»). ISBN 978-5-7782-1464-4 Изложены физические и математические основы квантовой механики и их применение в физике твердого тела, в полупроводниковых структурах. Приводятся примеры, иллюстрирующие теоретические положения, и задачи для самостоятельной работы. Издание предназначено для студентов инженерно-технических специальностей, приступающих к изучению микро- и наноэлектроники. УДК 530.145.6(075.8) ISBN 978-5-7782-1464-4 Краснопевцев Е.А., 2010 Новосибирский государственный технический университет, 2010
Стр.2
ОГЛАВЛЕНИЕ Введение ...................................................................................................................................... 7 Глава 1. ПОЛУКЛАССИЧЕСКАЯ КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА ............................................. 9 1.1. Волновые свойства света ..................................................................................................... 9 1.2. Корпускулярные свойства света ....................................................................................... 12 1.3. Волна де Бройля ................................................................................................................. 14 1.4. Квантование Бора–Зоммерфельда .................................................................................... 16 1.5. Заряд в магнитном поле ..................................................................................................... 17 Примеры 1.................................................................................................................................. 24 Глава 2. МАТЕМАТИЧЕСКИЙ АППАРАТ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ ........................... 31 2.1. Волновая функция .............................................................................................................. 31 2.2. Операторы ........................................................................................................................... 32 2.3. Собственные функции и собственные значения оператора ........................................... 34 2.4. Эрмитовость оператора ..................................................................................................... 36 2.5. Условие ортонормированности. Среднее значение ........................................................ 39 2.6. Соотношение неопределенностей .................................................................................... 42 2.7. Унитарный оператор. Операторы трансляции и эволюции ........................................... 46 2.8. Уравнение Шрѐдингера ..................................................................................................... 49 2.9. Быстрота изменения величины ......................................................................................... 53 2.10. Ток вероятности ............................................................................................................... 55 2.11. Матрица плотности ........................................................................................................... 59 Примеры 2.................................................................................................................................. 63 Задачи 1 ...................................................................................................................................... 79 Глава 3. ОДНОМЕРНЫЕ СТАЦИОНАРНЫЕ ЗАДАЧИ ......................................................... 83 3.1. Одномерные стационарные состояния ............................................................................. 83 3.2. Граничные условия для прямоугольных потенциалов ................................................... 88 3.3. Потенциальная яма ............................................................................................................ 91 Примеры 3.................................................................................................................................. 94 3.4. Линейный гармонический осциллятор .......................................................................... 112 3.5. Квазиклассическое квантование ВКБ ............................................................................ 120 3.6. Одномерное рассеяние .................................................................................................... 125 3.7. Туннельный эффект ......................................................................................................... 127 Примеры 4................................................................................................................................ 130 3.8. Электрон в периодической структуре ............................................................................ 145 3.9. Локализация Андерсона .................................................................................................. 158 3.10. Уровни Тамма ................................................................................................................. 161 Задачи 2 .................................................................................................................................... 163 Глава 4. МОМЕНТ ИМПУЛЬСА ............................................................................................... 167 4.1. Операторы момента импульса ........................................................................................ 168 4.2. Сферическая функция ...................................................................................................... 170 4.3. Момент импульса и оператор Лапласа в f-мерном пространстве ................................ 174 Примеры 5................................................................................................................................ 178 Задачи 3 .................................................................................................................................... 181
Стр.3
6 ОГЛАВЛЕНИЕ Глава 5. ЦЕНТРАЛЬНО-СИММЕТРИЧНЫЕ И ОСЕСИММЕТРИЧНЫЕ СТАЦИОНАРНЫЕ СИСТЕМЫ ................................................................................. 183 5.1. Уравнение Шрѐдингера в сферических координатах ................................................... 184 5.2. Уравнение Шрѐдингера в цилиндрических координатах ............................................. 188 5.3. Водородоподобный атом ................................................................................................. 190 Примеры 6................................................................................................................................ 197 Глава 6. ПРИБЛИЖЕННЫЕ МЕТОДЫ ................................................................................... 213 6.1. Стационарное возмущение невырожденных состояний .............................................. 213 Примеры 7................................................................................................................................ 218 6.2. Стационарное возмущение вырожденных состояний .................................................. 225 6.3. Зависящее от времени возмущение ................................................................................ 229 Примеры 8................................................................................................................................ 236 6.4. Вариационный метод ....................................................................................................... 240 Примеры 9................................................................................................................................ 243 Глава 7. ЗАРЯЖЕННАЯ ЧАСТИЦА В ЭЛЕКТРОМАГНИТНОМ ПОЛЕ ......................... 249 7.1. Градиентное преобразование .......................................................................................... 249 7.2. Квантовая частица и электромагнитное поле ................................................................ 252 7.3. Уровни Ландау ................................................................................................................. 256 7.4. Эффект Ааронова–Бома .................................................................................................. 261 7.5. Квантование электромагнитного излучения.................................................................. 266 Примеры 10.............................................................................................................................. 271 Глава 8. СПИН ЭЛЕКТРОНА ..................................................................................................... 287 8.1. Операторы спина и спиноры ........................................................................................... 288 Примеры 11.............................................................................................................................. 294 8.2. Уравнение Паули ............................................................................................................. 304 8.3. Тождественность микрочастиц и принцип Паули ........................................................ 311 8.4. Обменное взаимодействие .............................................................................................. 315 Задачи 4 .................................................................................................................................... 319 Глава 9. УРАВНЕНИЕ ДИРАКА–ВЕЙЛЯ. ГРАФЕН ............................................................. 323 9.1. Получение и свойства графена ....................................................................................... 323 9.2. Уравнение Дирака–Вейля................................................................................................ 328 9.3. Графен в магнитном поле ................................................................................................ 336 9.4. Эффект Клейна ................................................................................................................. 338 9.5. Графеновые наноленты ................................................................................................... 341 Приложения ...................................................................................................................................... 345 1. Физические постоянные ..................................................................................................... 345 2. Интегралы ............................................................................................................................ 346 3. Дифференциальное уравнение обобщенного гипергеометрического типа ................... 348 4. Ортогональные полиномы.................................................................................................. 349 Библиографический список ............................................................................................................ 351 Предметный указатель ..................................................................................................................... 353
Стр.4

Облако ключевых слов *


* - вычисляется автоматически
.