有限深方形阱
在量子力学里,有限深方形阱,又称为有限深位势阱,是无限深方形阱的延伸。有限深方形阱是一个阱内位势为0,阱外位势为有限值的位势阱。关于一个或多个粒子,在这种位势作用中的量子行为的问题,称为有限深位势阱问题。与无限深方形阱问题不同的是,在阱外找到粒子的概率大于0。
在经典力学里,假若,粒子的能量小于阱壁的位势,则粒子只能移动于阱内,无法存在于阱外。截然不同地,在量子力学里,虽然粒子的能量小于阱壁的位势,在阱外找到粒子的概率大于0。
一维阱定义
一维有限深方形阱的阱宽为,左边阱壁与右边阱壁的位置分别为
与
。阱内位势为0。在阱壁,位势突然升高为
。阱外位势保持为
。这一维阱将整个一维空间分为三个区域:阱左边,阱内,与阱右边。在每一个区域内,对应着不同的位势,描述粒子的量子行为的波函数
也不同,标记为:
:阱左边,
(阱外区域),
:阱内,
(阱内区域),
:阱右边,
(阱外区域)。
这些波函数,都必须满足,一维不含时间的薛定谔方程:
;(1)
其中,是约化普朗克常数,
是粒子质量,
是粒子位置,
是位势,
是能量。
阱内区域
在阱内,位势,方程简化为:
。(2)
设定波数为
。(3)
代入方程(2):
。
这是一个经过颇多研究的二阶常微分方程。一般解本征函数是正弦函数与余弦函数的线性组合:
;
其中,与
都是复值常数,由边界条件而决定。