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Quantum Mechanics

箱の中の粒子(無限井戸型ポテンシャル)

量子力学の最も基礎的なモデル:1次元無限井戸型ポテンシャルの波動関数・エネルギー準位・重ね合わせ状態の時間発展をインタラクティブに可視化。

パラメータ設定
箱の幅 L 1.00 nm
量子数 n(単一状態) 1
重ね合わせ状態
n₁ 1
n₂ 2
再生コントロール
速度
経過時間: 0.000 fs
波動関数オーバーレイ
エネルギー Eₙ [eV]
Eₙ [J] (×10⁻²⁰)
ド・ブロイ波長 [nm]
節の数 (n−1)
ΔE→次準位 [eV]
量子運動量 [kg·m/s]
波動関数 ψₙ(x) & 確率密度 |ψₙ|²
エネルギー準位図(n=1〜8)
重ね合わせ確率密度 |Ψ(x,t)|²(量子振動アニメーション)点击以観測位置を設定

理论公式

シュレーディンガー方程式の解:

$$E_n = \frac{n^2\pi^2\hbar^2}{2mL^2}, \quad \psi_n(x) = \sqrt{\frac{2}{L}}\sin\!\left(\frac{n\pi x}{L}\right)$$

準位間エネルギー差:$\Delta E_{n\to n+1} = E_1(2n+1)$

重ね合わせ状態の時間発展:$\Psi(x,t)=\dfrac{1}{\sqrt{2}}\!\left[\psi_{n_1}e^{-iE_{n_1}t/\hbar}+\psi_{n_2}e^{-iE_{n_2}t/\hbar}\right]$

振動周期:$T = \dfrac{2\pi\hbar}{|E_{n_2}-E_{n_1}|}$

応用: 量子ドット・量子井戸(半導体レーザー)の設計基礎 / 電子デバイスのトンネル効果評価 / ナノスケール構造物の電子閉じ込め解析。この単純モデルは薄膜成長シミュレーションや第一原理計算の理解に不可欠。

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