Energia na wysokości bariery: usuwamy pozorną osobliwość
Rozważ granicę E→V₀ dla prostokątnej bariery o szerokości d, przy V=0 po obu stronach i tej samej masie. Wyprowadź granicę T ze wzoru dla E<V₀, używając sinh z≈z dla z→0. Oblicz wynik dla elektronu, V₀=2,0 eV, d=0,20 nm i H=ħ²/(2mₑ)=0,03810 eV·nm². Dlaczego nie wolno powiedzieć, że wzór daje nieskończoność albo że T musi być równe jeden?
Pokaż rozwiązanieUkryj rozwiązanie
W tym zadaniu
Wskazówka
Mała różnica V₀−E występuje zarówno w mianowniku współczynnika, jak i w κ². Najpierw uprość ich iloczyn.
Rozwiązanie
Liczymy granicę całego wyrażenia
Nie podstawiamy zera osobno w czynnik 1/(V₀−E). Dla E zbliżającego się do V₀ mamy κ²=(V₀−E)/H i sinh²(κd)≈κ²d². Dlatego:
\frac{V_0^2}{4E(V_0-E)}\sinh^2(\kappa d)\longrightarrow\frac{V_0^2}{4E(V_0-E)}\frac{(V_0-E)d^2}{H}\longrightarrow\frac{V_0d^2}{4H}.
Różnica energii skróciła się przed przejściem do granicy. Ostatecznie:
T(E=V_0)=\left(1+\frac{V_0d^2}{4H}\right)^{-1}.
Wynik liczbowy
Iloraz V₀d²/(4H)=2,0·0,20²/(4·0,03810)≈0,52493. Stąd T≈0,65577 oraz R≈0,34423. Nadal występuje odbicie, mimo że energia osiągnęła wysokość bariery. To efekt dopasowania funkcji na granicach, którego nie opisuje klasyczna reguła przejścia ponad przeszkodą.
Równanie dokładnie na progu
Dla E=V₀ wewnątrz bariery ψ″=0, więc ψ=C+Dx. Należy dopasować tę funkcję i jej pochodną do oscylujących rozwiązań zewnętrznych. Daje to ten sam skończony wynik. Pozorna osobliwość była własnością nieuproszczonego zapisu, nie fizyczną rozbieżnością.
Dla d→0 otrzymany wzór zmierza do jedności. Dla ustalonego d>0 wynik jest mniejszy od jedności i dodatni. To dodatkowa kontrola; stwierdzenie T=1 tylko dlatego, że E=V₀, pominęłoby całe dopasowanie na obu brzegach.
Powiązana teoria
Tunelowanie przez prostokątną barierę: amplituda, prąd i zachowanie energii
Dalsza lektura
Najpierw spróbuj samodzielnie. Zapisz dane, wybierz prawa fizyczne i sprawdź jednostki. Przejdź do zadań ze sprawdzaniem odpowiedzi »
← Wróć do działu: Zadania Do góry ↑
Komentarze (0)
Nie ma jeszcze opublikowanych komentarzy. Rozpocznij rozmowę o tym materiale.
RSS komentarzy · Powiadomienia e-mail
Dodaj komentarz
Możesz komentować jako gość lub zalogować się, aby użyć danych konta. Utwórz konto