量子隧穿(部分教材或文献称之为量子贯穿或量子隧道等)是一种典型的量子效应,简单来说,就是当入射粒子能量小于势垒高度时,入射粒子仍然有一定的概率穿过势垒。当入射粒子能量高于势垒高度,仍然有一定概率会在势垒表面反射。这些现象是经典力学无法解释的,需要借助于量子力学理论,本质为微观粒子具有波粒二象性。
$\psi\left( {x,0} \right) = \frac{1}{\left( 2\pi\sigma_{x}^{2})^{\frac{1}{4}} \right.}e^{- (x - x_{0})^{2}/(2\sigma_{x})^{2}}e^{i\frac{p_{0}}{\hslash}x}$
这是在$t=0$时刻的波函数,其中的参数包括$x_0,\sigma_x,p_0$
![1731167016586.png](https://camo.githubusercontent.com/25f1eeead76012467c723af40b85957bc672bc3acaed9b1b0c995d831ee1bb9e/68747470733a2f2f696d672e70696375692e636e2f667265652f323032342f31312f30392f363732663833323961376432622e706e67)
根据以上图片及势垒约束,分成三个区域,这三个区域中包含着不同的三个波函数(分别为$\psi_1,\psi_2,\psi_3$,薛定谔说,这三个区域的波函数都满足他的方程,结果如下:
$$
\begin{array}{l}
-\frac{h^{2}}{2 m} \frac{\mathrm{~d}^{2} \psi_{1}}{\mathrm{~d} x^{2}}=E \psi_{1}(x<0) \\
-\frac{h^{2}}{2 m} \frac{\mathrm{~d}^{2} \psi_{2}}{\mathrm{~d} x^{2}}+U_{0} \psi_{2}=E \psi_{2}(0<x<a) \\
-\frac{h^{2}}{2 m} \frac{\mathrm{~d}^{2} \psi_{3}}{\mathrm{~d} x^{2}}=E \psi_{3}(x>a)
\end{array}
$$
有时,为了方便运算,我们记几个符号:
$k_1=\frac{\sqrt{2mE}}{h},k_2=\frac{\sqrt{2m(E-V_0)}}{h},k_3=\frac{\sqrt{2m(V_0-E)}}{h},ik_3=k_2$
这时候,薛定谔给的方程就可以携写成:
$$
\begin{array}{l}
\frac{d^{2} \psi_{1}}{d x^{2}}+k_{1}^{2} \psi_{1}=0 \\
\frac{d^{2} \psi_{2}}{d x^{2}}+k_{2}^{2} \psi_{2}=0 \\
\frac{d^{2} \psi_{3}}{d x^{2}}+k_{1}^{2} \psi_{3}=0
\end{array}
$$
视频文件为最终效果文件.mp4
SBV.py为实现视频效果的python文件
SBDR.py为求解波函数的符号解的python文件
其余文件为辅助文件或过渡文件