Klasické a kvantové vĺny na rozhraniach. Peter Markoš, KF FEI STU April 14, 2008 Typeset by FoilTEX

Podobné dokumenty
Bariéra, rezonančné tunelovanie Peter Markoš, KF FEI STU February 25, 2008 Typeset by FoilTEX

Lokalizácia Peter Markoš Fyzikálny ústav SAV Katedra fyziky FEI STU Abstract Pri nízkych teplotách sa elektróny správajú ako kvantové častice. Preto s

L avoruké materiály Peter Markoš, FÚ SAV 25 február 2004 Abstract Porozprávam o niektorých EM vlastnostiach l avorukých materiálov: elektrodynamika s

Pocítacové modelovanie - Šírenie vln v nehomogénnom prostredí - FDTD

Model tesnej väzby (TBH) Peter Markoš, KF FEI STU April 21, 2008 Typeset by FoilTEX

Snímka 1

Fotonické kryštály a metamateriály Peter Markoš

29.Kvantová fyzika sa zakladá na Planckových a Einsteinových teóriach a hovorí, že všetky procesy sa dejú po maličkých krokoch => všetky fyzikálne vel

Ohyb svetla

Microsoft Word - Autoelektronika - EAT IV.r. -Osvetľovacie zariadenia -Základné pojmy.doc

Diracova rovnica

Pokrocilé programovanie XI - Diagonalizácia matíc

Vlny v nehomogénnom prostredí - (Inauguracná prednáška)

Preco kocka stací? - o tom, ako sú rozdelené vlastné hodnoty laplasiánu v limite, ked sú velké

16 Franck-Hertz.doc

Monday 25 th February, 2013, 11:50 Kvantové vlastnosti častíc M. Gintner 1 Kvantové (časticové) vlastnosti svetla 1.1 Hybnost fotónu Experimenty a zis

Pokrocilé programovanie II - Nelineárne iteracné schémy, chaos, fraktály

NÁZOV RUKOPISU PRÍSPEVKU DO DIDAKTICKÉHO ČASOPISU MIF

Microsoft Word - 00_Obsah_knihy_králiková

LED STREET LAMP LD-50 SERIES SVK

Monday 25 th February, 2013, 11:54 Rozmerová analýza M. Gintner 1.1 Rozmerová analýza ako a prečo to funguje Skúsenost nás učí, že náš svet je poznate

Microsoft PowerPoint - Paschenov zakon [Read-Only] [Compatibility Mode]

VYŠETROVANIE LÁTOK SPEKTROSKOPOM (SPEKOLOM)

Skúšanie zámkov lopatiek turbín

Možnosti ultrazvukovej kontroly keramických izolátorov v praxi

Izolácie krokového hluku porovnanie materiálov Izolácie krokového hluku EKM PE Akustický EPS Minerálna vlna Vlastnosti a parametre materiálu Aplikácia

Urýchľovačová fyzika (letný semester 2014) vyučujúci: M.Gintner, I.Melo prednáška: 2 hod/týždeň cvičenie: 2 hod/týždeň odporúčaná literatúra: M. Bomba

Snímka 1

Snímka 1

FYZIKA I Rámcove otázky 1998

36. Fázová analýza pomocou Mössbauerovej spektroskopie

Analýza kontaktne-únavového namáhania povlakovaného spekaného materiálu

SmartBalance, suspended |

MOPM -prednáška 9.

Snímka 1

Operačná analýza 2

21 Spektrometria ziarenia alfa.doc

Miesto merania:

PowerPoint Presentation

Snímka 1

NÁVRH UČEBNÝCH OSNOV PRE 1

Ďalšie vlastnosti goniometrických funkcií

Slide 1

SRPkapitola06_v1.docx

Trapézy T-35 Karta výrobku Rabka-Zdrój 3 z načítajte QR kód a pozrite si 3D model T: F:

Vypracované úlohy z Panorámy z fyziky II Autor: Martin Brakl UČO: Dátum:

Microsoft Word - Zahradnikova_DP.doc

Úvod do časticovej fyziky časť 1: častice a interakcie Boris Tomášik Univerzita Mateja Bela, Fakulta prírodných vied ČVUT, Fakulta jaderná a fyzikálně

Andersonov prechod kov-izolant v neusporiadaných systémoch Peter Markoš Fyzikálny ústav SAV 11. január 2004 Typeset by FoilTEX

PYROMETER AX-6520 Návod na obsluhu

9.1 MOMENTY ZOTRVACNOSTI \(KVADRATICKÉ MOMENTY\) A DEVIACNÝ MOMENT PRIEREZU

Svetlo - základné vlastnosti

Microsoft Word - PDS MM CAR UHS Clearcoat HP 493V.SLK doc

Microsoft Word - skripta3b.doc

Microsoft Word - 2.Metropol-tech.list.doc

Možnosti aplikácie ETICS s EPS v obvodových stenách novostavieb a pri dodatočnom zateplení stavieb projektovaných po roku 2000 v zmysle novely STN 92

1 Portál pre odborné publikovanie ISSN Návrh a simulácia krokového motora s diskovým rotorom s permanentnými magnetmi Kaňuch Ján Elektrotech

Teória pravdepodobnosti Zákony velkých císel

1 Priebeµzné písomné zadanie µc.1. Príklady je potrebné vypoµcíta t, napísa t, a odovzda t, na kontrolu na nasledujúcej konzultácii. Nasledujúce integ

Operačná analýza 2

Trapézy T-35 plus Karta výrobku Rabka-Zdrój 619 načítajte QR kód a pozrite si 3D model T: F:

120 rokov inovácií z tradície 69,00 AKCIA platná do

Trapézy T-18 plus Karta výrobku Rabka-Zdrój 619 načítajte QR kód a pozrite si 3D model T: F:

SYSTÉM PRO PŘÍJEM A DORUČENÍ POŠTOVNÍCH ZÁSILEK S VYUŽITÍM RFID TECHNOLOGIE A SLUŽEB MOBILNÍCH SÍTÍ

Trapézy T-14 plus Karta výrobku Rabka-Zdrój 619 načítajte QR kód a pozrite si 3D model T: F:

Snímka 1

Inflácia Nezamestnanosť

PowerPoint Presentation

SL street-a viditeľný rozdiel

Zadanie_1_P1_TMII_ZS

Matematika szlovák nyelven középszint Javítási-értékelési útmutató 1613 ÉRETTSÉGI VIZSGA május 9. MATEMATIKA SZLOVÁK NYELVEN KÖZÉPSZINTŰ ÍRÁSBEL

FlowStar Large |

Inteligentné rozhodovacie systémy Heuristické prehľadávanie SP Október, 2018 Katedra kybernetiky

Všetci by sme mali byť feminist(k)ami (Ukážka)

VSDC Free Video Editor stručný návod na používanie Link na sťahovanie softvéru: K prog

Základná škola, Školská 3, Čierna nad Tisou Tematický výchovno - vzdelávací plán Stupeň vzdelania: ISCED 2 Vzdelávacia oblasť: Človek a príroda

Ucebne osnovy

Microsoft Word an-02-sk-Laserova_vodovaha_81110.doc

0000_Titulka

Priebeh funkcie

Platný od: OPIS ŠTUDIJNÉHO ODBORU

PowerPoint-Präsentation

Stat1_CV1 VES

Základy programu Editor rovnic

bakalarska prezentacia.key

ZBIERKA ZÁKONOV SLOVENSKEJ REPUBLIKY Ročník 2000 Vyhlásené: Časová verzia predpisu účinná od: do: Obsah tohto dokumen

Jadrova fyzika - Bc.

ORGANIZÁCIA SPOJENÝCH NÁRODOV

Operačná analýza 2

Micenas gen2 LED |

Prezentácia programu PowerPoint

Podpora metód operačného výskumu pri navrhovaní systému liniek doc. RNDr. Štefan PEŠKO, CSc. Katedra matematických metód, Fa

Bodová častica vo VTR Vladimír Balek Pole bodového náboja. Majme časticu s nábojom q, ktorá sa nachádza v počiatku súradníc. Elektrická intenzita E v

DecoScene LED BBP623 |

Jozef Kiseľák Sada úloh na precvičenie VIII. 15. máj 2014 A. (a) (b) 1

Prezentácia Salavevykurovanie.sk

OCELIARSKY PRIEMYSEL V SR V ROKU 2015 A 2016 Do oceliarskeho sektoru v SR patrí výroba surového železa a ocele a ferozliatin (SK NACE 241), výroba rúr

Slide 1

III. Diferenciálny počet funkcie viac premenných (Prezentácia k prednáškam, čast B) Matematická analýza IV (ÚMV/MAN2d/10) RNDr. Lenka Halčinová, PhD.

Prepis:

Klasické a kvantové vĺny na rozhraniach. Peter Markoš, KF FEI STU April 14, 28 Typeset by FoilTEX

Obsah 1. Prechod cez bariéru/vrstvu: rezonančná transmisia 2. Tunelovanie 3. Rezonančné tunelovanie 4. Vlna dopadajúca na rozhranie: odraz, transmisia, úplný odraz, Goos-Hänchenov jav Typeset by FoilTEX 1

Odraz od potenciálového stupienka I Rozptyl na potencialovom schode V= + 4, k=2, var(k)=.1 Ψ 2 R=.631 x Ak je energia väčšia, ako potenciálový stupeň, tak klasická častica vždy prejde a pokračuje, hoci s menšou rýchlost ou. Kvantová častica sa dokáže odrazit. Vieme určit len pravdepodobnost, že prejde na druhú stranu, ale na začiatku experimentu nevieme povedat, aký bude presne jeho výsledok. Typeset by FoilTEX 2

Odraz od potenciálového schodu Rozptyl na potencialovom schode V= - 4, k=2, var(k)=.1 Ψ 2 R=.3 x Kvantový elektrón sa dokáže odrazit aj od schodu smerom nadol. Toto nedokáže žiadna klasická častica. Typeset by FoilTEX 3

Klasický analóg: 2 eps=1/9 k=4 sigmak1=.4 sigmak2=.2 T=.626 1 Prechod elektromagnetickej vlny cez rozhranie. Existuje jednoznačná súvislost medzi kvantovým elektrónom a klasickou elektromagnetickou vlnou. -1-2 -1 1 Zásadné rozdiely: v disperznom zákone: elektrón má energiu E = k 2, EM vlna má frekvenciu ω = ck/n polarizácia dvojrozmernost úlohy (ale tá sa dá dosiahnut aj v prṕade elektrónu) Typeset by FoilTEX 4

Prechod potenciálovou bariérou Ae +ikx Fe +ik x Ce +ikx Be ikx Ge ik x De ikx l = 2a E V a a Typeset by FoilTEX

Transmisia 1 Transmission coefficient T.8.6.4.2 β = 1 E > < E < V E > V V < V > -2-1 1 2 3 E / V Typeset by FoilTEX 6

Rezonančná transmisia Real Ψ, Ψ 6 3 n = 1-3 -6-3 4-2 -1 1 2 3 2 n = 2-2 -4-3 -2-1 1 2 3 2 n = -2-3 -2-1 1 2 3 x /a Real Ψ, Ψ 2 1-1 V < n = 7-2 -3-2 -1 1 2 3 x /a Typeset by FoilTEX 7

Rezonančná transmisia t 1 r 2 r 1r 2 t 1e i4φ t 1 r 2 r 1t 2 ei3φ t 1 r 2 t 1e i2φ t 1 t 2 eiφ r 1 l Typeset by FoilTEX 8

Anti-transmisia Real Ψ, Ψ 4 2 n = 1-2 -3 4-2 -1 1 2 3 2 n = 2-2 -3-2 -1 1 2 3 2 V < n = 7-2 -3-2 -1 1 2 3 x /a Typeset by FoilTEX 9

Tunelovanie 3 Real Ψ, Ψ 2 1 β = 1 E =.9 V ψ β = 1 E =.9 V 1 1-1 -1 1-2 -2-3 -2-1 1 2 3 x /a 1-3 -3-2 -1 1 2 3 x/a Prechod elektrónu cez bariéru. Všimnite si, že pokles vlnovej funkcie nie je presne exponenci1álny, ale je výsledkom interferencie dvvoch exponenciálne klesajúcich módov. Typeset by FoilTEX 1

Tunelovanie Real Ψ 2 1 β =.2-1 -2 2 1 β = 1-1 -2 2 1 β = 2-1 -2 - -4-3 -2-1 1 2 3 4 x /a Real Ψ 2 1 E /V =.2-1 -2 2 1 E /V =. -1-2 2 1 E /V =.9-1 -2-2 -1 1 2 x /a Pravdepodobnost tunelovania závisí samozrejme na výške bariéry a na jej šírke. transparentná, ak vlnová dĺžka elektrónu (EM vlny) je podstatne väčšia, ako šírka bariéry. Bariéra je temer Typeset by FoilTEX 11

Príklad: kvantové tunelovanie elektrónu Rozptyl na Prechod barierou V=6 a=1, k=2, var(k)=.1 Ψ 2.4 Τ=.2.2-3 -2-1 1 x Elektrón je schopný pretunelova t cez bariéru, aj ked je jeho energia menšia ako je výška bariéry. klasická častica by sa totálne odrazila. Typeset by FoilTEX 12

Viazané stavy n = 7 n = 6 n = Ψ n (x) n = 4 n = 3 n = 2 n = 1-2 -1 1 2 x /a Typeset by FoilTEX 13

EM vlny: viazané stavy: n = 2 n = 7 x z Typeset by FoilTEX 14

Tunelovanie EM vlny cez planárnu vrstvu: n 1 > n 2 1.8 Transmission.6.4 1. ε 1 ε 2 ε 1.2. 1 n = 2 n = 1.1.2.3.4. θ 1 /π Transmisia ako funkcia uhla dopadu: ak θ > θ crit, tak je možné len tunelovanie - T exponenciáne klesá s hrúbkou vrstvy. Θ n n 1 2 n 1 l Typeset by FoilTEX 1

Tunelovanie: n 1 > n 2 Θ n n 1 2 n 1 l Transmisia cez jednu vrstvu (pre s vlnu) k 2z = iκ je imaginárne T 1 = 1 1 + M 12 2, M 12 = i 2 v k 1z = ωn 1 c cos θ, κ = ωn 2 u t n2 1 c n 2 sin 2 θ 1 (n 1 > n 2 ) 2» κ + k 1z sinh κl 2 (1) k 1z κ T e 2κl 2 exponenciálne klesá! Typeset by FoilTEX 16

Dvojitá potenciálová bariéra: rezonančné tunelovanie. V T=1 2a 2b 2a E < V θ > θ crit Kvantová častica môže len tunelovat cez jednu bariéru. Pre určité energie častice ale nastáva rezonančná transmisia cez dve bariéry: T = 1 Analógia pre EM vlnu: napriek tomu, že je θ > θ crit, transmisia cez dve vrstvy môže byt T = 1. Typeset by FoilTEX 17

Rezonančná transmisia: dielektriká n b n a n b n a n b 1.8 Transmission.6.4.2 l a.2.4.6.8 1 olc Rezonančné tunelovanie: netriviálny jav, daný len vlnám. Pre 1 širšie doelektrické vrstvy je transmisia možná len pre vel mi presne definované frekvencie. Typeset by FoilTEX 18

Rezonančná transmisia: kov Transmisia EM vlny cez tenkú kovovú vrstvu. Absorption Transmission 1 1-1 1-2 ω/ω p =.1 ω/ω p =.1 Transmission 1. Transmission.98.96.94.92.9 1 2 3 4 6 7.8.6.4.2 1 2 3 4 6 7.6.4 1-3 1-3 1-2 1-1 1 ld 2 4 6 olc.2 1 2 3 4 6 7 olc Transmisia cez dvojvrstvu je o mnoho rádov väčšia, ako cez jednoduchú vrstvu. Typeset by FoilTEX 19

Rozptyl EM vlny na rozhraní 2 eps=1/9 k=4 sigmak1=.4 sigmak2=.2 T=.626 1-1 -2-1 1 Prechod EM vlny z opticky redšieho prostredia do opticky hustejšieho (ǫ 1 = 1, ǫ 2 = 9). Rôzne farby zodpovedajú vlnovému baĺıku v rôznych časoch. Typeset by FoilTEX 2

Úplný odraz EM vlny Snellov zákon n 1 sin θ 1 = n 2 sin θ 2 n je index lomu, n = ǫ. (2) Pokial je n 1 > n 2, tak vlna prejde do prostredia 2 len ak je uhol dopadu menší, ako kritickú uhol, θ 1 < θ c. kritický uhol získame z podmienky, aby uhol lomu θ 2 = π/2, teda sin θ 2 = 1: sin θ c = n 2 n 1 (3) Pre väčšie uhly dopadu, θ 1 > θ c nastáva úplný odraz. V prípade vlnového baĺıka musíme mysliett na to, že jednotlivé rovinné vlny majú rôzny vlnový vektir, k = (kx, k y ) a teda dopadajú na rozhranie pod rôznymi uhlami, tan θ = k x /k y. (hodnoty k x a k y sú generované z náhodných hodnôt k 1 a k 2 ). Preto sa môže stat, že niektoré zložky baĺıka sa neodrazia úplne (ich uhol dopadu môže byt menší, ako je kritický uhol). Tomu sa dá vyhnút vhodnou vol bou disperzie v rozdeleniach P(k 1 ) a P(k 2 ): ak je baĺık dostatočne úzky, a zvolený uhol dopadu θ 1 dostato cne vel ký, odrazia sa v setky komponenty baĺıka. Typeset by FoilTEX 21

Úplný odraz EM vlny 1 - -1-1 - -2-2-1-1 - -1-8-6-4-2 2 4 1 4 12 - -1-1 -1-1 - - -1-8-6-4-2 2 4 1 8 14 - Rozhranie eps1/eps2=1/.2 theta=pi/4 k=4 sigmak1=.4 sigmak2=.2deltat=2-1 -1-8-6-4-2 2 4 - -1-8-6-4-2 2 4 1-1-8-6-4-2 2 4 1 18 1 16 - -1-1 - 2 1 22 1 - -2-1-1 - Prechod EM vlny z opticky hustejšieho prostredia do opticky redšieho (ǫ 1 = 1, ǫ 2 =.2) Typeset by FoilTEX 22

Typeset by FoilTEX 23

Typeset by FoilTEX 24

Typeset by FoilTEX 2

Typeset by FoilTEX 26

Typeset by FoilTEX 27

Typeset by FoilTEX 28

Typeset by FoilTEX 29

Typeset by FoilTEX 3

Typeset by FoilTEX 31

Úplný odraz EM vlny 1 - -1-1 - -2-2-1-1 - -1-8-6-4-2 2 4 1 4 12 - -1-1 -1-1 - - -1-8-6-4-2 2 4 1 8 14 - Rozhranie eps1/eps2=1/.2 theta=pi/4 k=4 sigmak1=.4 sigmak2=.2deltat=2-1 -1-8-6-4-2 2 4 - -1-8-6-4-2 2 4 1-1-8-6-4-2 2 4 1 18 1 16 - -1-1 - 2 1 22 1 - -2-1-1 - Prechod EM vlny z opticky hustejšieho prostredia do opticky redšieho (ǫ 1 = 1, ǫ 2 =.2) Typeset by FoilTEX 32

Goos-Hänchenov efekt 2 y=-.98 x +1.18 1-1 t = 22 t = y = x -2-2 -1-1 - Odrazená vlna je posunutá vo vertikálnom smere o y, preto ze v proces odrazu od rozhrania trvá nejaký čas t: baĺık čiasto cne vniká do druhého prostredia, musí sa reorganizovat. Hĺbka vniku do druhého prostredia je samozrejme pre každú rovinnú vlnu iná. Vychádza κ = ik x = 2π r sin 2 θ 1 ǫ 2. (4) λ ǫ 1 Pole v druhom prostredí zaniká ako e κx. Preto hĺbka vniku do druhého prostredia, 1/κ λ je úmerná vlnovej dĺžke dopadajúcej vlny. dá s apreto čakat, že aj posuv v smere y bude λ, čo aj vyšlo. Typeset by FoilTEX 33

Spomalenie vlnového baĺıka 2 draha vlnoveho balika v casovych usekoch deltat=2 1.9 1.9 1.8 1.8 1.7 1.7 1 1 2 2 3 Dráha, ktorú prešiel vlnový baĺık v jednotlivých časových úsekoch. V procese odrazu sa musel reorganizovat, preto prešiel menšiu dráhu. Typeset by FoilTEX 34

Odraz od kovového povrchu - -1 Rozhranie vakuum - kov eps=-2 k=4 deltat=1 1 1 12 9 - -1-1 -1 - -1-1 -1-8 -6-4 -2-1 -8-6 -4-2 1 1 1 14 - - - -1-1 -8-6 -4-2 1-7 -1-1 -8-6 -4-2 -1-1 -8-6 -4-2 1-11 -1-1 -8-6 -4-2 - -1-1 -8-6 -4-2 1 1 2 - -1-1 - Odraz od prostredia so zápornou permitivitou. ǫ 2 = 2. Nie je celkom presné, lebo v prípade kovu permitivita musí závisiet od frekvencie. Vlna vniknuvšia do kovu sa bude čiastočne absorbovat, čo je dôvod ohriatia povrchu kovu. Typeset by FoilTEX 3