Блох тербелісі - Bloch oscillation

Блохтық тербелістегі импульсты уақыт бойынша шешілген модельдеу.

Блох тербелісі бастап құбылыс болып табылады қатты дене физикасы. Ол бөлшектің тербелісін сипаттайды (мысалы, an электрон ) оған тұрақты күш әсер еткенде периодты потенциалда шектелген Феликс Блох және Кларенс Зенер кристалдардың электрлік қасиеттерін зерттеу кезінде. Атап айтқанда, олар константаның әсерінен электрондардың мінсіз кристалдағы қозғалысын болжады электр өрісі бірыңғай форманың орнына тербелмелі болады. Табиғи кристалдарда электрондардың торлы ақаулармен шашырауына байланысты бұл құбылысты байқау өте қиын болса, жартылай өткізгіште байқалған үстірт сияқты әр түрлі физикалық жүйелерде суық атомдар оптикалық потенциалда және ультра шағын Джозефсонның түйіскен жерлері.

Шығу

Бір өлшемді қозғалыс теңдеуі үшін электрон толқындық вектор ${displaystyle k}$ тұрақты электр өрісінде ${displaystyle E}$ бұл:

${displaystyle {frac {dp} {dt}} = hbar {frac {dk} {dt}} = - eE}$,

шешімі бар

${displaystyle k (t) = k (0) - {frac {eE} {hbar}} t}$.

The топтық жылдамдық ${displaystyle v}$ электронның мәні берілген

${displaystyle v (k) = {frac {1} {hbar}} {frac {d {mathcal {E}}} {dk}}}$ ,

қайда ${displaystyle {mathcal {E}} (k)}$ дегенді білдіреді дисперсиялық қатынас берілген үшін энергия диапазоны.Оның соңғысы (тығыз байланыстыратын) формаға ие болады делік

${displaystyle {mathcal {E}} (k) = Acos {ak}}$,

қайда ${displaystyle a}$ - бұл тор параметрі және ${displaystyle A}$ тұрақты болып табылады. Содан кейін ${displaystyle v (k)}$ арқылы беріледі

${displaystyle v (k) = {frac {1} {hbar}} {frac {d {mathcal {E}}} {dk}} = - {frac {Aa} {hbar}} sin {ak}}$ ,

және электрон орналасуы ${displaystyle x}$ уақыттың функциясы ретінде есептелуі мүмкін:

${displaystyle x (t) = int _ {0} ^ {t} {v (k (t '))} {dt'} = x (0) + {frac {A} {eE}} cos left ({{ frac {aeE} {hbar}} t} ight)}$ .

Бұл электронның нақты кеңістікте тербелетінін көрсетеді. Тербелістердің бұрыштық жиілігі келесі арқылы беріледі ${displaystyle omega _ {B} = ae | E | / hbar}$.

Ашу және эксперименталды іске асыру

Блох тербелістерін Нобель сыйлығының лауреаты болжаған Феликс Блох 1929 ж.^[1] Алайда олар эксперименталды түрде ұзақ уақыт байқалмады, өйткені табиғи қатты денелерде ${displaystyle omega _ {B}}$ болып табылады (электр өрісінің кернеулігі өте жоғары болғанымен де) торлы периодтардың аз болуына байланысты дифракция мен туннельдеу уақытында заряд тасымалдаушылардың толық тербелістерін жасауға мүмкіндік беретін үлкен емес. Жартылай өткізгіш технологиясының дамуы жақында жасанды жартылай өткізгіштерге негізделген супер торлы периодты құрылымдарды жасауға әкелді. Бұл құрылымдардағы тербеліс периоды электрондардың дифракция уақытынан кіші, сондықтан дифракция уақытынан төмен уақыт терезесінде көбірек тербелістер байқалуы мүмкін. Алғаш рет өте төмен температурада осындай супер торлардағы Блох тербелістерін эксперименттік бақылау көрсетті. Йохен Фельдманн және Карл Лео 1992 ж.^[2][3] Басқа іске асыру болды

• кохерентті Терахерц сәулесін Блох тербелістерін бақылау Хартмут Роскос т.б. 1993 жылы,^[4][5]
• бөлме температурасында Блох тербелістерін байқау Томас Декорси т.б..^[6] және
• тор жоқ кезде Блох тербелістерін байқау^[7]

Сондай-ақ қараңыз

• Супер Блох тербелісі

Әдебиеттер тізімі