Elektronning davriy potensial maydondagi harakati

testwikidan olingan
2023-yil 13-iyul, 10:55 dagi imported>Sindorashurov versiyasi
(farq) ←Avvalgi koʻrinishi | Hozirgi koʻrinishi (farq) | Yangiroq koʻrinishi→ (farq)
Navigatsiya qismiga oʻtish Qidirish qismiga oʻtish

Elektronning davriy potensial maydondagi harakati

Elektronning davriy U(x) potensial maydondagi harakatini koʻrib chiqaylik. Ushbu holat uchun Schro¨dinger tenglamasining yechimini atom toʻlqin funksiyalarining kuchli bogʻlanishi usulidan foydalanib aniqlaymiz:

ψn(x),  (n=1,2,, N)

bu yerda N — atom yacheykasining oʻlchami $a$ ga teng boʻlgan, kattaligi $L=na$ ga teng boʻlgan sohadagi atomlar soni.

Har bir atom yacheykasidagi to'lqin funksiya quyidagi koʻrinishdagi Schro¨dinger tenglamasini qanoatlantiradi:

(22m0)ψn+U(x)ψn(x)=εψn(x),  cnxcn+1      (1)

Shuningdek, ushbu funksiya qiymatlari atom yacheykasining chegaraviy qiymatlarida yetarlicha darajada kichik. Toʻlqin funksiyaning normallash shartidan foydalangan holatda, kvaziklassik yaqinlashish uchun quyidagini hosil qilamiz[1]:

ψn(x)={0,x<cnωn2π|νn(x)|expxan|k(x)dx,cnx<an2ωn2π|νn(x)|cos[anx|k(x)dxπ4],an<x<bnωn2π|νn(x)|expbnx|k(x)dx,bnx<cn+10,xcn+1      (2)

bu yerda ωn — davriy harakat chastotasi, uni quyidagicha aniqlanadi:

ωn=πab1ν(x)dx

Kristall panjaradagi toʻlqin funksiyalar ψm(x) ni atom toʻlqin funksiyalarining yigʻindisi koʻrinishida aniqlash mumkin:

ψm(x)=N1/2n=1Neikmnaψn(x)      (3)


(3) formulada km=2πNam=2πLm boʻladi va ushbu (3) ifoda c0xcN sohada Schro¨dinger tenglamasini qanoatlantiradi:

22m0ψ(x)+U(x)ψm(x)=Emψm(x)

Bu holda Born-Karman davriylik sharti bajariladi, deb hisoblash mumkin:

ψm(x+La)=ψm(x)

Em ning qiymatini aniqlash uchun (2) tenglamani ψm(x) ga koʻpaytiramiz, (1) tenglamani esa ψn(x) ga koʻpaytiramiz. Soʻng hosil boʻlgan tenglamalarni toʻla fazo boʻyicha integrallab, birinchisidan ikkinchisini ayiramiz.

Integral ostida (1) ifoda turganligi uchun, amalda integrallash chegarasi sifatida cnxcn+1 olinadi[2]:

(22m0)(ψm(x)ψn(x)ψn(x)ψm(x))dx=(Emε)ψm(x)ψn(x)dx

ψm(x) uchun (2) ifodadan foydalangan holda, quyidagini hosil qilamiz:

(22m0)(ψm(x)ψn(x)ψ'n(x)ψm(x))|cncn+1=(Emε)N1/2eikmna

Endi esa hosil boʻlgan tenglikning chap tarafini batafsil koʻrib chiqamiz:

(22m0)(ψ'm(cn+1)ψn(cn+1)ψ'n(cn+1)ψm(cn+1)ψm(cn)ψn(cn)+ψn(cn)ψm(cn))=(22m0)1Neikmna{ψ'n(cn+1)ψn(cn+1)+ψ'n+1(cn+1)ψn(cn+1)eikmaψ'n(cn+1)ψn(cn+1)ψ'n(cn+1)ψn+1(cn+1)eikmaψ'n(cn)ψn(cn)ψ'n1(cn)ψn(cn)eikma+ψn(cn)ψn(cn)+ψ(cn)ψn1(cn)eikma}=(22m0)1Neikmna{ψ'n+1(cn+1)ψn(cn+1)+ψ'n(cn+1)ψn+1(cn+1)eikmaψn(cn)ψn1(cn)+ψn1(cn)ψn(cn)eikma}.

(2) ga binoan:

{ψ'n+1(cn+1)=|k(cn+1)|ψn+1(cn+1)ψ'n(cn+1)=|k(cn+1)|ψn(cn+1)ψ'n(cn)=|k(cn)ψn(cn)ψn1(cn)=|k(cn)|ψn1(cn)

Bundan kelib chiqadiki

22m{2|k(cn+1|ψn+1(cn+1)ψ(cn+1)eikma+2|k(cn)ψn(cn)|ψn(cn)ψn1(cn)eikma}=Emε

Kristallning davriylik xossasidan foydalansak

|k(cn)=|k(cn+1)|;  ψn(cn)ψn1(cn)=ψn+1(cn+1)ψn(cn+1)

Natijada quyidagi ifoda hosil boʻladi:

Em=ε2m02|k(cn)ψn+1(cn+1)ψn(cn+1)coskma

Yoki toʻlqin funksiya uchun (2)tenglamaga qoʻysak,

Em=εωπexpbnan+1|k(x)dxcoskma,  m=1,2,3,,N      (4)

Shunday qilib, (4) dan koʻrinib turibdiki, har bir ε atom sathi, N ta atomning chiziqli zanjirga birlashishi natijasida N ta sathdan iborat boʻlgan polosalarga ajraladi. Har bir polosa kengligi ΔE quyidagiga teng boʻladi:

ΔE=2ωnπexpbnan+1|k(x)|dx

Agar zanjirdagi har bir atom tarkibida ikkitadan elektron boʻlsa, Pauli prinsipiga binoan, N ta sathlarning hammasi elektronlar bilan toʻlgan boʻladi. Bunday chiziqli zanjir oʻzini xuddi izolyator kabi tutadi. Yaʼni elektr maydon qoʻyilganda ham unda tok hosil boʻlmaydi. Agar zanjirdagi har bir atom bittadan elektronga ega boʻlsa, sathlar teng yarmigacha toʻlgan boʻladi. Bunday chiziqli model o'tkazgichlarga mos keladi. Elektr maydon qoʻyilganda, elektronlarning energiyasi ortadi, yaʼni elektr toki oqadi.


Manbalar

  1. Tipler, Paul & Ralph Llewellyn, Modern Physics (4th ed.). New York: W. H. Freeman and Company. ISBN 0-7167-4345-0
  2. Gerald Teschl, Mathematical Methods in Quantum Mechanics; With Applications to Schrödinger Operators. American Mathematical Society. ISBN 978-0-8218-4660-5.
  3. iswesser, William J. , „The Periodic System and Atomic Structure I. An Elementary Physical Approach“. Journal of Chemical Education. 22 (7): 314-322.
  4. Gallagher, Thomas F., Rydberg Atoms. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-02166-1.
  5. Matveev A. N., Quantum mechanics and structure of atoms, Moscow, High School Press., 1985, (translated to eng. 1990), pp 119-122
  6. Kachnelson, M.I, Polikarpov A. F., Introduction to Atomic Physics, M., 2017, pp 119-125