Download - TUNELOWANIE A ROTACJE KWANTOWE W CIELE STAŁYM Mikołaj Siergiejew Instytut Fizyki ZFCS WMF US
![Page 1: TUNELOWANIE A ROTACJE KWANTOWE W CIELE STAŁYM Mikołaj Siergiejew Instytut Fizyki ZFCS WMF US](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062423/5681436d550346895dafee29/html5/thumbnails/1.jpg)
TUNELOWANIE A ROTACJE KWANTOWE W CIELE STAŁYM
Mikołaj Siergiejew
Instytut Fizyki ZFCS WMF US
![Page 2: TUNELOWANIE A ROTACJE KWANTOWE W CIELE STAŁYM Mikołaj Siergiejew Instytut Fizyki ZFCS WMF US](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062423/5681436d550346895dafee29/html5/thumbnails/2.jpg)
PLAN REFERATU• Zjawisko tunelowania
• Przykłady
• Klasyczne i kwantowe rotacje w ciele stałym (na przykładzie grupy CH3)
• Badanie rotacji kwantowych grup CH3
metodami radiospektroskopii • Podsumowanie
![Page 3: TUNELOWANIE A ROTACJE KWANTOWE W CIELE STAŁYM Mikołaj Siergiejew Instytut Fizyki ZFCS WMF US](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062423/5681436d550346895dafee29/html5/thumbnails/3.jpg)
ZJAWISKO TUNELOWANIA
Zjawisko tunelowania polega na tym, że istniejeróżne od zera prawdopodobieństwo tego, że cząstkao energii E mniejszej niż bariera potencjału W przeniknie przez barierę
T=E-W<0
![Page 4: TUNELOWANIE A ROTACJE KWANTOWE W CIELE STAŁYM Mikołaj Siergiejew Instytut Fizyki ZFCS WMF US](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062423/5681436d550346895dafee29/html5/thumbnails/4.jpg)
promieniowanie
T=E-U<0
promieniowanie zachodzi wskutek zjawiska tunelowania – Gamov
![Page 5: TUNELOWANIE A ROTACJE KWANTOWE W CIELE STAŁYM Mikołaj Siergiejew Instytut Fizyki ZFCS WMF US](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062423/5681436d550346895dafee29/html5/thumbnails/5.jpg)
Zjawisko JosephsonaZjawisko Josephsona – pary Coopera tunelują przezwarstwę z izolatora bez zewnętrznego pola elekt-rycznego i magnetycznego SQID –
SuperconductingQuantum Interference
Device -
SQID daje możliwość zmierzyćB ~ 10-17 T,
Pole magnetyczne pracującego serca - około 10-10 T
V ~ 10-15 V
natężenie wypadkowego(interferencyjnego) prądu płynący na wyjściu SQIDujest bardzo czułe na polemagnetyczne, napięcie itd.
![Page 6: TUNELOWANIE A ROTACJE KWANTOWE W CIELE STAŁYM Mikołaj Siergiejew Instytut Fizyki ZFCS WMF US](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062423/5681436d550346895dafee29/html5/thumbnails/6.jpg)
Mikroskop tunelowy (skaningowy)
Skaningowy mikroskop tunelowy działa w oparciu o efekt tunelowy.Ostrze i próbkę zbliżamy na odległość około 1 nm. Następnie przykła- damy różnicę potencjałów U rzędu 1-3 V, która powoduje powstanieróżnicy w poziomach Fermiego ostrza i próbki, dostarczając tym samym wolnych stanów po stronie ostrza. Przemieszczając teraz ostrze ponad badaną powierzchnią, system rejestruje zmiany prądu tunelowego IT w funkcji odległości ostrze-próbka, tworząc zbiór danych, który po odpowiednich przeliczeniach daje obraz próbki.
![Page 7: TUNELOWANIE A ROTACJE KWANTOWE W CIELE STAŁYM Mikołaj Siergiejew Instytut Fizyki ZFCS WMF US](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062423/5681436d550346895dafee29/html5/thumbnails/7.jpg)
Tunelowanie (przebicie) Zenera
Dostępne są diody Zenerastabilizujące napięcie wprzedziale od 1 do 300 V. Im bardziej stroma charakte-rystyka w punkcie przebiciaVZ, tym lepsza jest jakośćdiody Zenera.
Międzypasmowe tunelowanie nośników w złączu p-n wywołane przez pole elekt-ryczne VZ nazywane jest zjawiskiem (prze-biciem) Zenera. W wyniku przebicia Zene-ra dioda przewodzi prąd zachowując cha-rakterystykę zbliżoną do idealnego źródłanapięciowego (stabilitrona).
![Page 8: TUNELOWANIE A ROTACJE KWANTOWE W CIELE STAŁYM Mikołaj Siergiejew Instytut Fizyki ZFCS WMF US](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062423/5681436d550346895dafee29/html5/thumbnails/8.jpg)
REAKCJE CHEMICZNE
Tunelowanie jest podstawowym mechanizmemniektórych reakcji chemicznych. A zatem nawetw stanie anabiozy (ograniczenia wszelkich czynności życio-
wych w organizmie) wywołanej przez hibernacje (ozię-bienia) w organizmie zachodzą reakcje chemiczne (Goldanskij - Inst. Fizyki Chemicznej; Zamaraev -
Novosibirsk)
Inwersja w NH3
![Page 9: TUNELOWANIE A ROTACJE KWANTOWE W CIELE STAŁYM Mikołaj Siergiejew Instytut Fizyki ZFCS WMF US](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062423/5681436d550346895dafee29/html5/thumbnails/9.jpg)
Drugi moment widma MRJ NH3SO3
S2teor = 36 Gauss2
S2eksp (T=4,2 K)== 16 Gauss2
ωdωfωωS )(202
![Page 10: TUNELOWANIE A ROTACJE KWANTOWE W CIELE STAŁYM Mikołaj Siergiejew Instytut Fizyki ZFCS WMF US](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062423/5681436d550346895dafee29/html5/thumbnails/10.jpg)
Niobat Litu LiNbO3
A.V.Yatcenko, N.A.Sergeev,
Physica B
![Page 11: TUNELOWANIE A ROTACJE KWANTOWE W CIELE STAŁYM Mikołaj Siergiejew Instytut Fizyki ZFCS WMF US](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062423/5681436d550346895dafee29/html5/thumbnails/11.jpg)
Apatit Ca5(PO4)3X – X=F,OH
T=23C
A.M.Vakchrameev, N.A.Sergeev- J.Struct.Chem.
T=300C
![Page 12: TUNELOWANIE A ROTACJE KWANTOWE W CIELE STAŁYM Mikołaj Siergiejew Instytut Fizyki ZFCS WMF US](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062423/5681436d550346895dafee29/html5/thumbnails/12.jpg)
Rotacje grupy CH3
![Page 13: TUNELOWANIE A ROTACJE KWANTOWE W CIELE STAŁYM Mikołaj Siergiejew Instytut Fizyki ZFCS WMF US](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062423/5681436d550346895dafee29/html5/thumbnails/13.jpg)
Rotacje kwantowe
0
EUJJ
JEUJ
JJEU
Oznaczmy przez 1=123,
2=231, 3=312 trzyfunkcje falowe odpowiadającemożliwym stanom rotacyjnymgrupy CH3. Tu i –funkcja falowaokreślająca położenie i-go protonu.sekularne równanie na wartości własne ma postać:
U=<i|H| i> J=<i|H| j> < 0 ij
H – Hamiltonian rotacyjny grupy CH3
![Page 14: TUNELOWANIE A ROTACJE KWANTOWE W CIELE STAŁYM Mikołaj Siergiejew Instytut Fizyki ZFCS WMF US](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062423/5681436d550346895dafee29/html5/thumbnails/14.jpg)
Rotacje kwantowe
E1=U+2J 1=C1( 1+ 2+ 3)
2=C2( 1+ei2/3 2+ e-i2/33)
3=C3( 1+e-i2/3 2+ ei2/33)E2,3=U-J
![Page 15: TUNELOWANIE A ROTACJE KWANTOWE W CIELE STAŁYM Mikołaj Siergiejew Instytut Fizyki ZFCS WMF US](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062423/5681436d550346895dafee29/html5/thumbnails/15.jpg)
Rotacje kwantowePrzy obrocie grupy CH3 o kąt 1200 zachodzi zamiana funkcji
1 2 2 3 3 1
A zatem1=C1( 1+ 2+ 3) 1
2=C2( 1+ei2/3 2+ e-i2/33) e-i2/3 2
3=C3( 1+e-i2/3 2+ ei2/33) ei2/3 3
Z uwzględnieniem spinów protonów funkcje falowe trzech protonów grupy CH3 możemy zapisać w postaci
jk = jSk
Gdzie Sk (k=23=8) funkcje spinowe trzech protonów
![Page 16: TUNELOWANIE A ROTACJE KWANTOWE W CIELE STAŁYM Mikołaj Siergiejew Instytut Fizyki ZFCS WMF US](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062423/5681436d550346895dafee29/html5/thumbnails/16.jpg)
Funkcje spinowe Sk
S1 = |>S2 = (1/3)(|>+|>+|>
S3 = (1/3)(|>+|>+|>
S4 = |>Przy obrocie grupy CH3 o kąt 1200 funkcje S1 – S4 nie zmieniają się
S5 = (1/3)(|>+ei2/3|>+e-i2/3|>
S6 = (1/3)(|>+ei-2/3|>+ei2/3|>
S7 = (1/3)(|>+ei2/3|>+e-i2/3|>
S8 = (1/3)(|>+e-i2/3|>+ei2/3|>Przy obrocie grupy CH3 o kąt 1200 funkcje S5 – S8 przekształcają się
S5 e-i2/3S5; S6 e i2/3S6; S7 e-i2/3S7; S8 ei2/3S8
![Page 17: TUNELOWANIE A ROTACJE KWANTOWE W CIELE STAŁYM Mikołaj Siergiejew Instytut Fizyki ZFCS WMF US](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062423/5681436d550346895dafee29/html5/thumbnails/17.jpg)
Zakaz PauliegoZgodnie z zakazem Pauliego funkcja falowa jk trzech protonów(fermionów) grupy CH3 musi być asymetryczna (musi zmieniaćswój znak) względem zamiany dwóch protonów
![Page 18: TUNELOWANIE A ROTACJE KWANTOWE W CIELE STAŁYM Mikołaj Siergiejew Instytut Fizyki ZFCS WMF US](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062423/5681436d550346895dafee29/html5/thumbnails/18.jpg)
Funkcje jk
1-4 = 1 S1-4
6 = 2 S8
5 = 2 S6
7 = 3 S5
8 = 3 S7
![Page 19: TUNELOWANIE A ROTACJE KWANTOWE W CIELE STAŁYM Mikołaj Siergiejew Instytut Fizyki ZFCS WMF US](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062423/5681436d550346895dafee29/html5/thumbnails/19.jpg)
Grupa CH3 w polu magnetycznym
![Page 20: TUNELOWANIE A ROTACJE KWANTOWE W CIELE STAŁYM Mikołaj Siergiejew Instytut Fizyki ZFCS WMF US](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062423/5681436d550346895dafee29/html5/thumbnails/20.jpg)
„Separacja” stanów
2/32 IAIH Z
![Page 21: TUNELOWANIE A ROTACJE KWANTOWE W CIELE STAŁYM Mikołaj Siergiejew Instytut Fizyki ZFCS WMF US](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062423/5681436d550346895dafee29/html5/thumbnails/21.jpg)
Echo spinowe w próbkach zawie-rającej grupy CH3 i NH3
Yu.N.Moskvich, N.A.Sergeev. phys.stat.solidi
![Page 22: TUNELOWANIE A ROTACJE KWANTOWE W CIELE STAŁYM Mikołaj Siergiejew Instytut Fizyki ZFCS WMF US](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062423/5681436d550346895dafee29/html5/thumbnails/22.jpg)
„Kwazikwadrupolowe” echa w NH3SO3
Yu.N.Moskvich, N.A.Sergeev, Phys.Solid State
![Page 23: TUNELOWANIE A ROTACJE KWANTOWE W CIELE STAŁYM Mikołaj Siergiejew Instytut Fizyki ZFCS WMF US](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062423/5681436d550346895dafee29/html5/thumbnails/23.jpg)
„Kwazikwadrupolowe” echa
![Page 24: TUNELOWANIE A ROTACJE KWANTOWE W CIELE STAŁYM Mikołaj Siergiejew Instytut Fizyki ZFCS WMF US](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062423/5681436d550346895dafee29/html5/thumbnails/24.jpg)
Widmo MRJ
![Page 25: TUNELOWANIE A ROTACJE KWANTOWE W CIELE STAŁYM Mikołaj Siergiejew Instytut Fizyki ZFCS WMF US](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062423/5681436d550346895dafee29/html5/thumbnails/25.jpg)
Widmo EPR (CH3CH(COOH)2)
A.V.Ponomarenko, N.A.Sergeev
![Page 26: TUNELOWANIE A ROTACJE KWANTOWE W CIELE STAŁYM Mikołaj Siergiejew Instytut Fizyki ZFCS WMF US](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062423/5681436d550346895dafee29/html5/thumbnails/26.jpg)
Widmo EPR
A.V.Ponomarenko, N.A.Sergeev
34 HCγCH
![Page 27: TUNELOWANIE A ROTACJE KWANTOWE W CIELE STAŁYM Mikołaj Siergiejew Instytut Fizyki ZFCS WMF US](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062423/5681436d550346895dafee29/html5/thumbnails/27.jpg)
Podsumowanie
1. Kwantowe zjawisko tunelowania można „spotkać” w temperaturach wysokich (alfa-rozpad; efekt Zenera itd.) oraz w niskich temperaturach (kwantowe rotacje; reakcje chemiczne itd..) a zjawiska fizyczne oparte na tunelowaniu znajdują szerokie zastosowania w różnych urządzeniach.
2. Metody radiospektroskopowe (MRJ,ERP,NQR) są dość informacyjnymi metodami badania kwantowych (tunelo- wych) ruchów w ciałach stałych : dyfuzji atomowej oraz reorientacji symetrycznych grup (CH3, CF3, NH2, CH4, NH4 itd..) .
![Page 28: TUNELOWANIE A ROTACJE KWANTOWE W CIELE STAŁYM Mikołaj Siergiejew Instytut Fizyki ZFCS WMF US](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062423/5681436d550346895dafee29/html5/thumbnails/28.jpg)
DZIĘKUJĘ