用最小二乘法求无限深势阱基态能量和波函数

本文用最小二乘法求出了粒子在无限深势阱（-a〈x〈a）中运动时的基态能量和波函数，并和精确解进行了比较，相差很小．     

基于GUI的三维无限深势阱可视化研究

无限深势阱中粒子的量子力学图像是教师教学和学生学习的一个难点,本文利用Matlab的GUI功能对三维无限深势阱粒子的量子化行为进行可视化研究。通过对控件的选取与设置,分别给出了三维无限深势阱不同量子数下零平面、极值点所在平面的波函数切片分布图,以及垂直x方向任意截面处的波函数立体分布图,实现了三维无限深势阱任意量子数及任意截面处波函数的可视化。利用GUI实现三维无限深势阱粒子量子化行为的可视化,可以很好地实现人机互动,便于形象分析不同条件下的波函数分布情况,有助于教师教学和学生学习。     

也谈量子力学的基础

本文通过在不同边界条件下动量算符的厄密性和自伴性的区分,给出了对量子力学的一维无限深方势阱中基态粒子的动量分布问题的严格分析,论证了量子力学基本假设的严谨性和自洽性.     

一维无限深势阱定态波函数动量展开讨论

一维无限深势阱定态的动量概率分布存在两种"互相矛盾"的结论.为帮助学生理解两种结论的异同,锻炼严谨的科学作风和解决复杂问题的能力,笔者在量子力学理论教学中指导学生利用Python等现代科学计算工具,将一维无限深势阱定态波函数动量展开的讨论进行数值求解与可视化,绘制了不同观点以及不同情形下粒子的动量概率分布图.以此为基础讨论了不同计算结果的物理含义,揭示了两种结论的内在联系.此创新性的举措不仅有效加深了学生对于该重要问题的理解,还促进了学生专业知识、科学能力和综合素质的全面培养.     

(nc-Si/SiO2)/SiO2多层量子点结构的激子能级

采用球型量子点模型,应用有效质量近似理论,研究了(nc-Si/SiO2)/SiO2多层量子点结构的激子能级和波函数.结果表明,有限深势阱模型的引入更符合实际更加准确.无论在无限深或有限深势阱下,激子质心运动部分基态能量随最子点半径的减小而急剧增大.对于相同的量子点半径α,无限深势阱下的质心部分能量总比有限深势阱高,且二者的差距随α的减小小而增大.     

无限深势阱中粒子的态密度

对于自由粒子在有限容器中的能态密度,热力学统计教材一般根据半经典量子图像,由驻波条件和德布罗意关系,以动量分立值为基础出发得到;然而根据量子理论,无限深势阱中的粒子存在能量本征态,而非动量本征态.本文以能量本征态为统计对象推导了有限体积中的自由粒子的能态密度,结果与教材一致.但是我们的处理方式显得更为自然.     

无限深势阱下杂质量子点的能级计算

在有效质量近似下,垂直方向采用无限深势阱限制势,在x-y平面上,量子点内采用抛物势近似,在量子点边界处采用与实际情况更接近的无限深势阱.在中心杂质电荷为ηe时,利用波函数近似,得到基态和低激发态的能级,与x-y平面均采用抛物势时得到的能级进行了比较.计算发现在量子点真实半径比较小时,电子的基态和低激发态受其影响很大,而相应的能级随量子点的半径逐步增大.在量子点半径大于5倍有效玻尔半径时,能级受其影响已经变得很弱.并且,随着磁场的变化,量子点半径对基态和第一激发态的能级差的影响也很大.最后我们计算了杂质电子的基态束缚能并讨论了声子对其影响.     

无限深方势阱的求解中存在的一普遍错误

许多量子力学和近代物理教课书中,在求一维无限深方阱中粒子的能级及其对应的波函数时,取区间0≤x≤L内,势为零,其他区域,势为无穷大。在阱内,不含时的薛定谔方程是这里K=2mE/h2≥0,m是粒子的质量,E是粒子的能量。波函数　(x)遵从这条伴(0)=(L)=0。 在此问题的标准处理中,写出(1)的通解,其形式是其中A=A(K), B=B(K)。在x=0,边界条件要求B=0.因为这两个任意常数至少有一个不为零,在x=L处,这条件要求K=n/L,这里。的可能值是0,±1,±2,…….n取负值仅导致波函数符号的改变,而这在物理上无关紧要,因此可以弃掉。 n=0的值必须弃去,在标准处…     

一维无限深势阱中粒子的位置-动量不确定关系:基于计算的讨论

不确定性原理是一个长期被误解和滥用了的概念.文章计算了一维无限深势阱中粒子的位置和动量的不确定度△x和△p,指出它们遵守不确定性关系△x.△p■/2的一般性结论,但△x和△p总是同向变化的.所谓"此一量不确定度越大,彼一量不确定度越小"式的表述是没有根据的.类似地,△t和△E(注意,△意义已变)的同向变化也早在实验上被观察到.     

对“有限空间里可不可以有量子力学?”的回答

本文回答了文献《光子学报》1999,28(2):118～119对我们的论文(《光子学报》1998,27(8):734～738)所作的评论,强调指出,量子力学的整体性概念具有深刻的物理基础,Lan-dau和Lifshitz所讨论的一维无限深势阱中粒子的动量概率分布的出发点和结论是完全正确的。     

有限深势阱下抛物量子线量子比特及其声子效应

采用Peaker变分法,研究了在有限深势阱下抛物量子线量子比特及其声子效应。量子线中这样的二能级体系可作为一个量子比特。当量子线中电子处于基态和第一激发态的叠加态时,电子的概率密度|ψ01(t,x,y,0)|2随着势阱宽度的增加而减小;电子的振荡周期T0随耦合强度α的增大而减小;振荡周期T0随受限长度l0的增加而增加。     

基于Gross-Pitaevskii能量泛函求解谐振势阱中玻色凝聚气体基态波函数

基于Gross-Pitaevskii(G-P)平均场能量泛函和变分方法，对囚禁在谐振势阱中的玻色凝聚气体，在T=0K时的基态波函数提出一种新解法.运用这一方法能得到基态波函数的解析表达式，求解出系统的化学势与凝聚原子数的关系等.其结果与Edwards和Dalfovo等人直接数值求解G-P方程所得到的结果相一致，并在Na_s/a1大原子数N的极限条件下，与托马斯-费米近似模型的结论也趋向一致.该方法计算简单，而且能够进行解析处理. 关键词： 玻色凝聚气体 G-P泛函 谐振势阱 基态波函数     

国内研究生入学考题选登——量子力学试题

一、设有质量为μ,能量为E>0的粒子在一维势场U(x)中运动:求反射系数和贯穿系数。 二、设在沿Z轴方向的外磁场h作用下的两个磁矩μσ(1),μσ(2)的体系的哈密顿算符为共中　为Pauli矩阵。求此体系的能级及相应的本征波函数。 三、在方盒｜x｜≤a,｜y｜≤a,｜z｜≤a中运动的质量为μ的粒子受到势场的作用,把U看作微扰,求此体系的最低能级到C的二次项和第一激发态的能级到C的一次项。 四、(1)两个入射动量分别为k及-k的中子散射,写出波函数(包括自旋部分)在粒子间的距离r、co时的渐近形式。 (2)设两中子的相互作用可用如下的位势描述 U(r)…     

半导体激光器的进展（Ⅱ）

５量子阱半导体激光器量子阱的概念早在量子力学的教科书中就作为基本的教材来讨论，两个高势能的阱壁夹住一个低势能阱底，构成了一个势阱，落入阱中的自由电子将在空间中被定域在阱内运动．如果是一维的势阱，则阱壁平面是无限大的，阱中的电子在阱壁平面仍然可以自由运动，然而在垂直阱壁方向却受到了阱壁的定域限制．电子将不断在二阱壁间来回反射，如果阱壁势能很高又很厚，则阱中电子就完全被约束在阱内．半导体双异质结构就是这样一个半导体势阱．如果把阱的宽度缩小到１００Ａ以下的量级，它与电子的德布罗意波长（或电子自由程）相…     

一维有限深方势阱能量本征方程的泰勒级数解和二次近似解

一维有限深方势阱能量本征方程的求解受限于超越方程,无法严格求解.本文将奇、偶宇称情况的超越方程归结为一个方程,自洽地给出两种近似解析解：一阶泰勒级数解和二次近似解.分析二者适用范围并做误差分析,发现泰勒级数解可以很好地理解能谱随量子数n平方变化的数值解(即,所谓n平方律),但在特定参数R下失效,该参数正比于势阱宽度乘以势阱高度开方.二次近似解对所有参数R都适用,能谱在大R极限下,可退化为精确求解的无限深势阱情况.对于任意参数R,二次近似波函数的保真度始终大于99.7%.     

从体系计算中讨论海森伯不确定关系

文章作者对量子力学与经典力学中的几个典型体系进行了计算,求出了粒子位置与动量的不确定量x2-x2和p2-p2.计算结果表明,不同状态下的不确定量之积是不一样的.谐振子和无限深势阱的实例计算还说明,与量子力学不确定关系相类似的关系在经典力学中也存在.它使人们对海森伯不确定关系有了新的认识,并对量子力学的波函数有了更深刻的了解.文章最后讨论了两个相关的实验现象.     

具有Eckart势的Schrdinger方程的任意l波解析解

使用完全量子化规则计算了具有离心项的Eckart势,根据动量积分∫xBxAk(x)dx-∫x0Bx0Ak0(x)dx=nπ和Greene-Aldrich近似化条件,得到了系统的任意l波Schrdinger方程的解析解.讨论了:(1)基态和激发态下,势能范围参数λ和势阱深度η对具有不同角动量量子数的能量本征值的影响;(2)径向量子数n和角动量量子数l与能量本征值的关系.     

无穷深势阱中相对论粒子的矩阵元及其经典近似

对于无穷深势阱中自旋为０(满足Klein-Gordon方程)和自旋为1/2(满足Dirac方程)的相对论粒子, 分别计算了坐标、动量以及速度算符的矩阵元. 在大量子数极限下, 这些矩阵元给出相应的经典物理量(这里是狭义相对论中的有关量), 并且满足正确的经典关系. 从而表明, Heisenberg对应原理对这样的相对论体系也适用. 关键词： 无穷深势阱 Klein-Gordon方程 Dirac方程 Heisenberg对应原理     

量子力学中的一个问题

先请看一个例题[1]: 设有一粒子处在无限深势阱中,它所处的状态由波函数 来描写。求能量平方的平均值。势讲的范围为0≤x≤α。也许会有人不加思索地用量子力学中的力学量平均值公式F= 来求解,那就试试吧。 在本题中,　　　　　　,而且在任一本征态上能量平方的平均值都是大于零的,其平均值怎么会等于零呢?结果显然是错了。可以看出,错误的根源在于没有注意到公式成立的条件。且让我们看一下周世勋编《量子力学教程》第84页中关于此公式的推导; 关键在于推导中第二个等号成立是有条件的。例如, 相等就必须满足一定的条件,否则F与>I是不能…     

Airy函数乘积的积分

本文提出对∫xⁿA^(p)B^(q)dx型不定积分普遍方法,其中A,B都是含有参变量λ的Airy方程y″=(λ+x)y的解,p,q是微分阶数,n是非负整数。当p,q≤1,A与B所含的参数不相同时,本文导出了上述积分普遍公式。当A=B时,又提出了与Albright完全不相同的求积方法。作为它的应用,本文讨论了处于三角势阱中电子的波函数正交归一问题,并计算了势阱中能级间的跃迁几率。 关键词：