potential barier
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Mekanika kuantum mengenai potensial barierTRANSCRIPT
Quantum Mechanics
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Potential Barier :
From Schroedinger equation :
ββ2
4ππ22ππππ2πππππ₯π₯2 + ππππ = πΈπΈππ
1. For x<-a
ββ2
4ππ22ππππ2ππ1
πππ₯π₯2 = πΈπΈππ1
β2
4ππ22ππππ2ππ1
πππ₯π₯2 + πΈπΈππ1 = 0
ππ2ππ1
πππ₯π₯2 +4ππ22πππΈπΈ
β2 ππ1 = 0
ππ2ππ1
πππ₯π₯2 + ππ12ππ1 = 0
Solution : ππ1(π₯π₯) = ππππππ1π₯π₯ +π π ππβππππ1π₯π₯
2. For βa<x<a
ββ2
4ππ22ππππ2ππ2
πππ₯π₯2 + ππ0ππ2 = πΈπΈππ2
β2
4ππ22ππππ2ππ2
πππ₯π₯2 + πΈπΈππ2 β ππ0ππ2 = 0
ππ2ππ2
πππ₯π₯2 +4ππ22ππβ2 (πΈπΈ βππ0)ππ2 = 0
ππ2ππ2
πππ₯π₯2 + ππ2ππ2 = 0
Solution : ππ2(π₯π₯) = π΄π΄πππππππ₯π₯ +π΅π΅ππβπππππ₯π₯
If we use : π π = βππππ
Then : ππ2(π₯π₯) = π΄π΄ππβπ π π₯π₯ +π΅π΅πππ π π₯π₯
Vo
-a a
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3. For x>a
ββ2
4ππ22ππππ2ππ3
πππ₯π₯2 = πΈπΈππ3
β2
4ππ22ππππ2ππ3
πππ₯π₯2 + πΈπΈππ3 = 0
ππ2ππ3
πππ₯π₯2 +4ππ22πππΈπΈ
β2 ππ3 = 0
ππ2ππ3
πππ₯π₯2 + ππ32ππ3 = 0
Solution : ππ3(π₯π₯) = ππππππππ3π₯π₯ +ππππβππππ3π₯π₯
Remember, at Region 3, there is only transmitted wave (T)
Then : ππ3(π₯π₯) = ππππππππ3π₯π₯
Now, we have 3 eq. :
β’ ππ1(π₯π₯) = ππππππ1π₯π₯ + π π ππβππππ1π₯π₯ β’ ππ2(π₯π₯) = π΄π΄ππβπ π π₯π₯ + π΅π΅πππ π π₯π₯ = π΄π΄πππππππ₯π₯ + π΅π΅ππβπππππ₯π₯ β’ ππ3(π₯π₯) = ππππππππ3π₯π₯
With ππ1 = ππ3 = ππ
Remember at x=-a and x=a :
β’ At x=-a
ππ1(βππ) = ππ2(βππ) ...Β©
ππππ1πππ₯π₯
(βππ) = ππππ2πππ₯π₯
(βππ) ... ©©
β’ At x=a
ππ2(ππ) = ππ3(ππ) ... ©©©
ππππ2πππ₯π₯
(ππ) = ππππ3πππ₯π₯
(ππ) ... ©©©©
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Β©... ππ1(βππ) = ππ2(βππ)
[ππππππ1π₯π₯ + π π ππβππππ1π₯π₯ ](βππ) = οΏ½π΄π΄πππππππ₯π₯ + π΅π΅ππβπππππ₯π₯ οΏ½(βππ)
ππβππππππ + π π ππππππππ = π΄π΄ππβππππππ + π΅π΅ππππππππ ...
©©... ππππ1πππ₯π₯
(βππ) = ππππ2πππ₯π₯
(βππ)
πππππ₯π₯
οΏ½πππππππ₯π₯ + π π ππβπππππ₯π₯οΏ½ =πππππ₯π₯
(π΄π΄πππππππ₯π₯ +π΅π΅ππβπππππ₯π₯ )
πππποΏ½ππβππππππ β π π πππππππποΏ½ = ππππ(π΄π΄ππβππππππ β π΅π΅ππππππππ) ...
©©©... ππ2(ππ) = ππ3(ππ)
οΏ½π΄π΄πππππππ₯π₯ +π΅π΅ππβπππππ₯π₯ οΏ½(ππ) = οΏ½πππππππππ₯π₯ οΏ½(ππ)
π΄π΄ππππππππ +π΅π΅ππβππππππ = ππππππππππ ...
©©©©... ππππ2πππ₯π₯
(ππ) = ππππ3πππ₯π₯
(ππ)
πππππ₯π₯
οΏ½π΄π΄πππππππ₯π₯ + π΅π΅ππβπππππ₯π₯ οΏ½ =πππππ₯π₯
(πππππππππ₯π₯ )
πππποΏ½π΄π΄ππππππππ β π΅π΅ππβπππππποΏ½ = ππππ(ππππππππππ) ...
Thus we have 4 eq (look at smiley) :
β’ ππβππππππ +π π ππππππππ = π΄π΄ππβππππππ + π΅π΅ππππππππ β’ πππποΏ½ππβππππππ β π π πππππππποΏ½ = ππππ(π΄π΄ππβππππππ β π΅π΅ππππππππ) β’ π΄π΄ππππππππ + π΅π΅ππβππππππ = ππππππππππ β’ πππποΏ½π΄π΄ππππππππ β π΅π΅ππβπππππποΏ½ = πππποΏ½πππππππππποΏ½
With a βlittleβ algebra, weβll find out T. But weβll using Gauss Elimination instead.
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Now, let see :
β’ ππβππππππ +π π ππππππππ = π΄π΄ππβππππππ + π΅π΅ππππππππ β’ πππποΏ½ππβππππππ β π π πππππππποΏ½ = ππππ(π΄π΄ππβππππππ β π΅π΅ππππππππ) β’ π΄π΄ππππππππ + π΅π΅ππβππππππ = ππππππππππ β’ πππποΏ½π΄π΄ππππππππ β π΅π΅ππβπππππποΏ½ = πππποΏ½πππππππππποΏ½
For simplification :
β’ ππβππππππ = πΏπΏ β’ ππππππππ = ππ β’ ππβππππππ = ππ β’ ππππππππ = ππ
So we have :
β’ πΏπΏ +π π ππ = π΄π΄ππ +π΅π΅ππ β’ ππππ(πΏπΏ βπ π ππ) = ππππ(π΄π΄ππβ π΅π΅ππ) β’ π΄π΄ππ +π΅π΅ππ = ππππ β’ ππππ(π΄π΄ππ βπ΅π΅ππ) = ππππ(ππππ)
Put in some order :
β’ π π ππβ π΄π΄ππβ π΅π΅ππβ 0 = βπΏπΏ β’ βπππππ π ππβ πππππ΄π΄ππ+ πππππ΅π΅ππ + 0 = βπππππΏπΏ β’ 0 +π΄π΄ππ + π΅π΅ππ βππππ = 0 β’ 0 + πππππ΄π΄ππβ πππππ΅π΅ππβ ππππ(ππππ) = 0
Make a Matrices based on coefficient :
00
0 00 0
00
0 00 0
M N P R LikM iqN iqP A ikL
P N M BiqP iqN ikM T
M N P LikM iqN iqP ikL
P N MiqP iqN ikM
β β β β = β β β
β β β β β β β
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After a βfewβ steps, weβll get :
1 0
0 1 0
0 0 1
0 0 0
N P LM M M
M PN P N P
M PikM iqPN P N P
Ξ³ Ξ²Ξ²
Ξ³ Ξ³Ξ± Ξ²Ξ±Ξ²
Ξ³ Ξ³
β β
β β β β
β + β +
β β
So,
οΏ½βππππππ +πΌπΌππ
ππ βπππΎπΎοΏ½ ππ = βπππππππ½π½+
πππΌπΌπ½π½ππ βπππΎπΎ
With :
β’ πΎπΎ = ππππππβππππππβππππππβππππππ
β’ π½π½ = 2πππππΏπΏβππππππβππππππ
β’ πΌπΌ = βππππππ β πππππππΎπΎ
After a βlittleβ solving :
ππ = ππβ2ππππππ 2πππ π 2πππ π cosh 2π π ππ + ππ(ππ2 β π π 2) sinh 2π π ππ
|ππ|2 =(2πππ π )2
(ππ2 βπ π 2)2 sinh2 2π π ππ + (2πππ π )2