Квантовая наблюдаемая. Что такое квантовая
Квантовая наблюдаемая - это... Что такое Квантовая наблюдаемая?
Ква́нтовая наблюда́емая (наблюда́емая ква́нтовой систе́мы, иногда просто наблюда́емая) является линейным самосопряжённым оператором, действующим на сепарабельном (комплексном) гильбертовом пространстве чистых состояний квантовой системы. В интуитивном физическом понимании норма оператора наблюдаемой представляет собой наибольшую абсолютную величину измеряемого числового значения физической величины.
Иногда вместо термина «наблюдаемая» используют «динамическая величина», «физическая величина». Однако температура и время являются физическими величинами, но не являются наблюдаемыми в квантовой механике.
Тот факт, что квантовым наблюдаемым сопоставляются линейные операторы, ставит проблему связи этих математических объектов с экспериментальными данными, которые являются вещественными числами. На опыте измеряются вещественные числовые значения, соответствующие наблюдаемой в заданном состоянии. Важнейшими характеристиками распределения числовых значений на вещественной прямой являются среднее значение наблюдаемой и дисперсия наблюдаемой.
Обычно постулируют, что возможные числовые значения квантовой наблюдаемой, которые могут быть измерены экспериментально, являются собственными значениями оператора этой наблюдаемой.
Говорят, что наблюдаемая в состоянии имеет точное значение, если дисперсия равна нулю .
Другое определение квантовой наблюдаемой: Наблюдаемыми квантовой системы являются самосопряженные элементы -алгебры.
Использование структуры -алгебры позволяет сформулировать классическую механику аналогично квантовой.
При этом для некоммутативных -алгебр, описывающих квантовые наблюдаемые, имеет место теорема Гельфанда-Наймарка: любая -алгебра может быть реализована алгеброй ограниченных операторов, действующих в некотором гильбертовом пространстве. Для коммутативных -алгебр, описывающих классические наблюдаемые, имеем следующую теорему: всякая коммутативная -алгебра изоморфна алгебре непрерывных функций, заданных на компактном множестве максимальных идеалов алгебры .В квантовой механике часто постулируется следующее утверждение. Каждой паре наблюдаемых и соответствует наблюдаемая , устанавливающая нижнюю грань одновременной (для одного и того же состояния) измеримости и , в том смысле, что , где — дисперсия наблюдаемой, равная . Это утверждение, называемое принципом неопределенности, выполняется автоматически, если и являются самосопряженными элементами -алгебры. При этом принцип неопределенности принимает свою обычную форму, где .
Понятия квантовой наблюдаемой и квантового состояния являются дополнительными, дуальными. Эта дуальность связана с тем, что в опыте определяются лишь средние значения наблюдаемых, а в это понятие входит и понятие наблюдаемой, и понятие состояния.
Если эволюция квантовой системы во времени полностью характеризуется ее гамильтонианом, то уравнением эволюции наблюдаемой является уравнение Гейзенберга. Уравнение Гейзенберга описывает изменение квантовой наблюдаемой гамильтоновой системы с течением времени.
Отметим, что в классической механике наблюдаемой называется вещественная гладкая функция, определенная на гладком вещественном многообразии, описывающем чистые состояния классической системы.
Между классическими и квантовыми наблюдаемыми существует взаимосвязь. Обычно полагают, что задать процедуру квантования означает установить правило, согласно которому каждой наблюдаемой классической системы, то есть функции на гладком многообразии, ставится в соответствие некоторая квантовая наблюдаемая. В квантовой механике наблюдаемыми считаются операторы в гильбертовом пространстве. В качестве гильбертова пространства обычно выбирают комплексное бесконечномерное сепарабельное гильбертово пространство. Сама функция, соответствующая данному оператору, при этом называется символом оператора.
См. также
Литература
- Березин Ф. А., Шубин М. А., «Уравнение Шредингера» М.: МГУ, 1983. 392с.
- Бом Д. «Квантовая механика: основы и приложения» пер с англ. М.: Мир, 1990. — 720с.
- Брателли У., Робинсон Д. «Операторные алгебры и квантовая статистическая механика» М.: Мир, 1982. — 512с.
- Джет Неструев, «Гладкие многообразия и наблюдаемые» М.: МЦНМО, 2000. 300с.
- Фадеев Л. Д., Якубовский О. А. «Лекции по квантовой механике для студентов-математиков» Л.: Изд-во ЛГУ, 1980. — 200с.
- Эмх Ж. «Алгебраические методы в статистической механике и квантовой теории поля» М.: Мир, 1976. 424с.
Что такое квантовая запутанность?
О том, что это совсем новое веяние в физике, говорит хотя бы то,что у него нет устоявшегося русского названия. Поанглийски всё однозначно: Quantum Entanglement. А вот по-русски… Квантовая нелокальность, квантовая сцепленность, запутанные квантовые состояния… Кажется, постепенно побеждает термин «квантовая запутанность».Известно, что один из главных принципов квантового мира — принцип неопределенности Гейзенберга, по которому нельзя одновременно точно измерить две описываемые некоммутирующими операторами характеристики квантовой частицы, например импульс и координаты.Квантовый мир оказался «размазанным» по вероятностям; частица существует во всех состояниях сразу, а измерение необратимо «схлопывает» эти вероятности до одной, но заранее предсказать точно характеристики частицы невозможно. Помните кота Шрёдингера? В ящике с котом то ли есть, то отсутствует ядовитый газ, поступающий в ящик по команде распадающегося с вероятностью 50% атома. То есть кот одновременно и жив, и мертв до тех пор, пока мы не открыли крышку ящика. Великий Эйнштейн не мог смириться с таким «зыбким» миром, и в 1927 году в Брюсселе у него случился знаменитый спор с Бором. Именно тогда Эйнштейн бросил свою знаменитую фразу о том, что Бог не играет в кости, а Бор посоветовал ему не указывать Богу, что тому делать. Именно по итогам этой дискуссии восемь лет спустя появился знаменитый мысленный эксперимент Эйнштейна — Подольского — Розена, в котором физики приидумали, как завести в тупик принцип неопределенности. В эксперименте рождались две частицы с общими свойствами, а после того как они разлетались на достаточно далекое расстояние, исключающее взаимодействие, измерялись характеристики одной частицы. Поскольку вторая частица была связана («запутана») с первой, можно было определить и состояние второй.
Казалось бы, физическое жульничество великого ученого должно было сработать. Но уже в 1970-1980-x годах стало ясно: ничего подобного! В 2011 году швейцарские физики разнесли пару запутанных фотонов на расстояние 18 км, но одна из частиц все равно мгновенно «чувствовала», что физики измеряют параметры ее компаньонки. Если бы взаимодействие между ними происходило, оно распространялось бы в 100 тыс. раз быстрее скорости света. Именно квантовое запутывание лежит в основе таких «модных» в физике и технике направлений, как квантовая телепортация, квантовый компьютер и квантовая криптография.
faqfaq.ru
Квантовая точка - это... Что такое Квантовая точка?
Квантовая точка — фрагмент проводника или полупроводника (например InGaAs, CdSe или GaInP/InP), носители заряда (электроны или дырки) которого ограничены в пространстве по всем трём измерениям. Размер квантовой точки должен быть настолько мал, чтобы квантовые эффекты были существенными[1]. Это достигается, если кинетическая энергия электрона заметно больше всех других энергетических масштабов: в первую очередь больше температуры, выраженной в энергетических единицах. Квантовые точки были обнаружены в начале 1980-х годов Алексеем Екимовым[en] в стеклянной матрице[2] и Луи Е. Брусом[en] в коллоидных растворах. Термин «квантовая точка» был предложен Марком Ридом[en][3].
Энергетический спектр квантовой точки дискретен и расстояние между стационарными уровнями энергии носителя заряда зависит от размера квантовой точки как (d — характерный размер точки, m — эффективная масса электрона на точке).
Вследствие чего, электронные и оптические свойства квантовых точек занимают промежуточное положение между объёмным полупроводником и дискретной молекулой[1].Возможное применение квантовых точек: полевые транзисторы, фотоэлементы, LED, лазерные диоды[1]. Исследуются также возможности применения квантовых точек в качестве биомаркеров для визуализации в медицине[4] и кубитов для квантовых вычислений.
Проще говоря, квантовая точка — это полупроводник, электрические характеристики которого зависят от его размера и формы. Чем меньше размер кристалла, тем больше расстояние между энергетическими уровнями. Например, при переходе электрона на энергетический уровень ниже, испускается фотон; так как мы можем регулировать размер квантовой точки, то мы можем изменять энергию испускаемого фотона, а значит мы можем изменять цвет, испускаемого квантовой точкой, света. Основное преимущество квантовой точки заключается в возможности высокоточного контроля над её размером, это делает возможным очень точный контроль над проводимостью[5]. Квантовые точки разных размеров могут быть собраны в градиентные многослойные нанопленки[en].
Типы квантовых точек
Различают два типа квантовых точек (по способу создания):
- эпитаксиальные квантовые точки;
- коллоидные квантовые точки.
Конструкции квантовых точек
Квантовой точкой может служить любой достаточно маленький кусочек металла или полупроводника. Исторически первыми квантовыми точками, вероятно, были микрокристаллы селенида кадмия CdSe. Электрон в таком микрокристалле чувствует себя как электрон в трёхмерной потенциальной яме, он имеет много стационарных уровней энергии с характерным расстоянием между ними (точное выражение для уровней энергии зависит от формы точки). Аналогично переходу между уровнями энергии атома, при переходе между энергетическими уровнями квантовой точки может излучаться фотон. Возможно также забросить электрон на высокий энергетический уровень, а излучение получить от перехода между более низколежащими уровнями (люминесценция). При этом, в отличие от настоящих атомов, частотами переходов легко управлять, меняя размеры кристалла. Собственно, наблюдение люминесценции кристаллов селенида кадмия с частотой люминесценции, определяемой размером кристалла, и послужило первым наблюдением квантовых точек.
В настоящее время множество экспериментов посвящено квантовым точкам, сформированным в двумерном электронном газе. В двумерном электронном газе движение электронов перпендикулярно плоскости уже ограничено, а область на плоскости можно выделить с помощью затворных металлических электродов, накладываемых на гетероструктуру сверху. Квантовые точки в двумерном электронном газе можно связать туннельными контактами с другими областями двумерного газа и изучать проводимость через квантовую точку. В такой системе наблюдается явление кулоновской блокады.
Применение квантовых точек
Коллоидные квантовые точки являются хорошей заменой традиционных люминофоров, как органических, так и неорганических. Они превосходят их по фотостабильности, яркости флуоресценции, а также имеют некоторые уникальные свойства[6].
Ещё недавно о широком применении квантовых точек речи не шло, но в последние годы ряд компаний выпустил на рынок продукцию с использованием данных наночастиц. Среди анонсированных продуктов имеются, как экспериментальные образцы, так и массовые изделия. Например, компанией LG созданы первые прототипы дисплеев на основе квантовых точек[7]. В то же время компания Nexxus Lighting выпустила светодиодную лампу с использованием квантовых точек[8], а российская компания QDLight готовит к выпуску целую линейку продукции на квантовых точках в области оптоэлектроники, безопасности и сельского хозяйства[9]. Оптические свойства нанокристаллов — квантовых точек используются в самых неожиданных исследованиях, в которых требуется удобная, перестраиваемая люминесценция, например в биологических исследованиях.
Квантовые точки — один из главных кандидатов для представления кубитов в квантовых вычислениях.
Существует программа создания дисплеев на квантовых точках — QD-LED.
Методы получения квантовых точек
Схема синтеза CdSe-ZnSe квантовых точекСуществует два главных метода создания квантовых точек:
- синтез в коллоиде, при котором вещества смешиваются в растворе
- эпитаксия — метод выращивания кристаллов на поверхности подложки
При помощи коллоидного синтеза можно получать нанокристаллы, покрытые слоем адсорбированных поверхностно-активных молекул. Таким образом они растворимы в органических растворителях, после модификации — также в полярных растворителях. Квантовые точки, связанные с подложкой могут использоваться, например, в перспективных приложениях наноэлектроники. Особый интерес представляют флуоресцирующие квантовые точки, получаемые методом коллоидного синтеза, например КТ на основе халькогенидов кадмия в зависимости от своего размера флуоресцируют разными цветами. Интерес заключается в том, что они поглощают энергию в широком диапазоне спектра, а испускают узкий спектр световых волн[10].
См. также
Примечания
- ↑ 1 2 3 Васильев Р. Б., Дирин Д. Н. Квантовые точки: синтез, свойства, применение. — МГУ, Москва, 2007. — С. 50.
- ↑ Екимов А. И., Онущенко А. А. Квантовый размерный эффект в трехмерных микрокристаллах полупроводников // Письма в ЖЭТФ. — 1981. — Т. 34. — С. 363—366.
- ↑ Reed MA, Randall JN, Aggarwal RJ, Matyi RJ, Moore TM, Wetsel AE (1988). «Observation of discrete electronic states in a zero-dimensional semiconductor nanostructure». Phys Rev Lett 60 (6): 535–537. DOI:10.1103/PhysRevLett.60.535. PMID 10038575. Bibcode: 1988PhRvL..60..535R. (1988).[1]
- ↑ Олейников В. А. Квантовые точки — наноразмерные сенсоры для медицины и биологии // Природа. — 2010. — № 3. — С. 22—28.
- ↑ www.evidenttech.com: How quantum dots work.. Проверено 15 октября 2009.
- ↑ Свойства квантовых точек
- ↑ MEMBRANA | Мировые новости | Начато производство дисплеев на квантовых точках
- ↑ Лампа на квантовых точках
- ↑ Новые продукты на квантовых точках
- ↑ Российская корпорация нанотехнологий
Ссылки
dal.academic.ru
Квантовая частица - это... Что такое Квантовая частица?
Элемента́рная части́ца — собирательный термин, относящийся к микрообъектам в субъядерном масштабе, которые невозможно расщепить (или пока это не доказано) на составные части. Их строение и поведение изучается физикой элементарных частиц. Понятие элементарных частиц основывается на факте дискретного строения вещества. Ряд элементарных частиц имеет сложную внутреннюю структуру, однако разделить их на части невозможно. Другие элементарные частицы являются бесструктурными и могут считаться первичными фундаментальными частицами.
Со времён первого открытия элементарной частицы (электрона) в 1897 году обнаружено уже более 400 элементарных частиц.
Классификация
По величине спина все элементарные частицы делятся на два класса:
По видам взаимодействий элементарные частицы делятся на следующие группы:
Составные частицы:
Фундаментальные (бесструктурные) частицы:
- лептоны — фермионы, которые имеют вид точечных частиц (т. е. не состоящих ни из чего) вплоть до масштабов порядка 10−18 м. Не участвуют в сильных взаимодействиях. Участие в электромагнитных взаимодействиях экспериментально наблюдалось только для заряженных лептонов (электроны, мюоны, тау-лептоны) и не наблюдалось для нейтрино. Известны 6 типов лептонов.
- кварки — дробнозаряженные частицы, входящие в состав адронов. В свободном состоянии не наблюдались. Как и лептоны, делятся на 6 типов и являются бесструктурными, однако, в отличие от лептонов, участвуют в сильном взаимодействии.
- калибровочные бозоны — частицы, посредством обмена которыми осуществляются взаимодействия:
Адроны и лептоны образуют вещество. Калибровочные бозоны — это кванты разных видов излучения.
Кроме того, в Стандартной Модели с необходимостью присутствует хиггсовский бозон, который, впрочем, пока ещё не обнаружен экспериментально.
Первоначально термин «элементарная частица» подразумевал нечто абсолютно элементарное, первокирпичик материи. Однако, когда в 1950-х и 1960-х годах были открыты сотни адронов с похожими свойствами, стало ясно, что по крайней мере адроны обладают внутренними степенями свободы, т. е. не являются в строгом смысле слова элементарными. Это подозрение в дальнейшем подтвердилось, когда выяснилось, что адроны состоят из кварков.
Таким образом, мы продвинулись ещё немного вглубь строения вещества: самыми элементарными, точечными частями вещества сейчас считаются лептоны и кварки. Для них (вместе с калибровочными бозонами) и применяется термин «фундаментальные частицы».
Стандартная модель
Стандартная модель включает в себя 12 ароматов фермионов, соответствующие им античастицы, а также калибровочные бозоны (фотон, глюоны, W- и Z-бозоны), которые переносят взаимодействия между частицами, и не обнаруженный на данный момент бозон Хиггса, отвечающий за наличие массы у частиц. Однако Стандартная модель в значительной степени рассматривается скорее как теория временная, а не действительно фундаментальная, поскольку она не включает в себя гравитацию и содержит несколько десятков свободных параметров (массы частиц и т. д.), значения которых не вытекают непосредственно из теории. Возможно, существуют элементарные частицы, которые не описываются Стандартной моделью, такие как гравитон (частица, переносящая гравитационные силы) или суперсимметричные партнёры обычных частиц.
Фермионы
12 ароматов фермионов разделяются на 3 семейства (поколения) по 4 частицы в каждом. Шесть из них — кварки. Другие шесть — лептоны, три из которых являются нейтрино, а оставшиеся три несут единичный отрицательный заряд: электрон, мюон и тау-лептон.
Античастицы
Также существуют 12 фермионных античастиц, соответствующих вышеуказанным двенадцати частицам.
Кварки
Кварки и антикварки никогда не были обнаружены в свободном состоянии — это объясняется явлением конфайнмента.
См. также
Ссылки
Wikimedia Foundation. 2010.
ushakov.academic.ru
Квантовая точка - это... Что такое Квантовая точка?
Квантовая точка — фрагмент проводника или полупроводника (например InGaAs, CdSe или GaInP/InP), носители заряда (электроны или дырки) которого ограничены в пространстве по всем трём измерениям. Размер квантовой точки должен быть настолько мал, чтобы квантовые эффекты были существенными[1]. Это достигается, если кинетическая энергия электрона заметно больше всех других энергетических масштабов: в первую очередь больше температуры, выраженной в энергетических единицах. Квантовые точки были обнаружены в начале 1980-х годов Алексеем Екимовым[en] в стеклянной матрице[2] и Луи Е. Брусом[en] в коллоидных растворах. Термин «квантовая точка» был предложен Марком Ридом[en][3].
Энергетический спектр квантовой точки дискретен и расстояние между стационарными уровнями энергии носителя заряда зависит от размера квантовой точки как (d — характерный размер точки, m — эффективная масса электрона на точке).
Вследствие чего, электронные и оптические свойства квантовых точек занимают промежуточное положение между объёмным полупроводником и дискретной молекулой[1].Возможное применение квантовых точек: полевые транзисторы, фотоэлементы, LED, лазерные диоды[1]. Исследуются также возможности применения квантовых точек в качестве биомаркеров для визуализации в медицине[4] и кубитов для квантовых вычислений.
Проще говоря, квантовая точка — это полупроводник, электрические характеристики которого зависят от его размера и формы. Чем меньше размер кристалла, тем больше расстояние между энергетическими уровнями. Например, при переходе электрона на энергетический уровень ниже, испускается фотон; так как мы можем регулировать размер квантовой точки, то мы можем изменять энергию испускаемого фотона, а значит мы можем изменять цвет, испускаемого квантовой точкой, света. Основное преимущество квантовой точки заключается в возможности высокоточного контроля над её размером, это делает возможным очень точный контроль над проводимостью[5]. Квантовые точки разных размеров могут быть собраны в градиентные многослойные нанопленки[en].
Типы квантовых точек
Различают два типа квантовых точек (по способу создания):
- эпитаксиальные квантовые точки;
- коллоидные квантовые точки.
Конструкции квантовых точек
Квантовой точкой может служить любой достаточно маленький кусочек металла или полупроводника. Исторически первыми квантовыми точками, вероятно, были микрокристаллы селенида кадмия CdSe. Электрон в таком микрокристалле чувствует себя как электрон в трёхмерной потенциальной яме, он имеет много стационарных уровней энергии с характерным расстоянием между ними (точное выражение для уровней энергии зависит от формы точки). Аналогично переходу между уровнями энергии атома, при переходе между энергетическими уровнями квантовой точки может излучаться фотон. Возможно также забросить электрон на высокий энергетический уровень, а излучение получить от перехода между более низколежащими уровнями (люминесценция). При этом, в отличие от настоящих атомов, частотами переходов легко управлять, меняя размеры кристалла. Собственно, наблюдение люминесценции кристаллов селенида кадмия с частотой люминесценции, определяемой размером кристалла, и послужило первым наблюдением квантовых точек.
В настоящее время множество экспериментов посвящено квантовым точкам, сформированным в двумерном электронном газе. В двумерном электронном газе движение электронов перпендикулярно плоскости уже ограничено, а область на плоскости можно выделить с помощью затворных металлических электродов, накладываемых на гетероструктуру сверху. Квантовые точки в двумерном электронном газе можно связать туннельными контактами с другими областями двумерного газа и изучать проводимость через квантовую точку. В такой системе наблюдается явление кулоновской блокады.
Применение квантовых точек
Коллоидные квантовые точки являются хорошей заменой традиционных люминофоров, как органических, так и неорганических. Они превосходят их по фотостабильности, яркости флуоресценции, а также имеют некоторые уникальные свойства[6].
Ещё недавно о широком применении квантовых точек речи не шло, но в последние годы ряд компаний выпустил на рынок продукцию с использованием данных наночастиц. Среди анонсированных продуктов имеются, как экспериментальные образцы, так и массовые изделия. Например, компанией LG созданы первые прототипы дисплеев на основе квантовых точек[7]. В то же время компания Nexxus Lighting выпустила светодиодную лампу с использованием квантовых точек[8], а российская компания QDLight готовит к выпуску целую линейку продукции на квантовых точках в области оптоэлектроники, безопасности и сельского хозяйства[9]. Оптические свойства нанокристаллов — квантовых точек используются в самых неожиданных исследованиях, в которых требуется удобная, перестраиваемая люминесценция, например в биологических исследованиях.
Квантовые точки — один из главных кандидатов для представления кубитов в квантовых вычислениях.
Существует программа создания дисплеев на квантовых точках — QD-LED.
Методы получения квантовых точек
Схема синтеза CdSe-ZnSe квантовых точекСуществует два главных метода создания квантовых точек:
- синтез в коллоиде, при котором вещества смешиваются в растворе
- эпитаксия — метод выращивания кристаллов на поверхности подложки
При помощи коллоидного синтеза можно получать нанокристаллы, покрытые слоем адсорбированных поверхностно-активных молекул. Таким образом они растворимы в органических растворителях, после модификации — также в полярных растворителях. Квантовые точки, связанные с подложкой могут использоваться, например, в перспективных приложениях наноэлектроники. Особый интерес представляют флуоресцирующие квантовые точки, получаемые методом коллоидного синтеза, например КТ на основе халькогенидов кадмия в зависимости от своего размера флуоресцируют разными цветами. Интерес заключается в том, что они поглощают энергию в широком диапазоне спектра, а испускают узкий спектр световых волн[10].
См. также
Примечания
- ↑ 1 2 3 Васильев Р. Б., Дирин Д. Н. Квантовые точки: синтез, свойства, применение. — МГУ, Москва, 2007. — С. 50.
- ↑ Екимов А. И., Онущенко А. А. Квантовый размерный эффект в трехмерных микрокристаллах полупроводников // Письма в ЖЭТФ. — 1981. — Т. 34. — С. 363—366.
- ↑ Reed MA, Randall JN, Aggarwal RJ, Matyi RJ, Moore TM, Wetsel AE (1988). «Observation of discrete electronic states in a zero-dimensional semiconductor nanostructure». Phys Rev Lett 60 (6): 535–537. DOI:10.1103/PhysRevLett.60.535. PMID 10038575. Bibcode: 1988PhRvL..60..535R. (1988).[1]
- ↑ Олейников В. А. Квантовые точки — наноразмерные сенсоры для медицины и биологии // Природа. — 2010. — № 3. — С. 22—28.
- ↑ www.evidenttech.com: How quantum dots work.. Проверено 15 октября 2009.
- ↑ Свойства квантовых точек
- ↑ MEMBRANA | Мировые новости | Начато производство дисплеев на квантовых точках
- ↑ Лампа на квантовых точках
- ↑ Новые продукты на квантовых точках
- ↑ Российская корпорация нанотехнологий
Ссылки
dis.academic.ru
Квантовое поле - это... Что такое Квантовое поле?
Ква́нтовая тео́рия по́ля (КТП) — раздел физики, изучающий поведение квантовых систем с бесконечно большим числом степеней свободы, являющаяся теоретической основой описания микрочастиц, их взаимодействий и превращений. Именно на квантовой теории поля базируется вся физика элементарных частиц и физика конденсированного состояния. Квантовая теория поля является теорией, способной описать и предсказать поведение элементарных частиц при высоких энергиях (то есть при энергиях, существенно превышающих их энергию покоя).
Математический аппарат КТП — гильбертово пространство состояний (пространство Фока) квантового поля и действующие в нём операторы. В отличие от квантовой механики, «частицы» как некие неуничтожимые элементарные объекты здесь отсутствуют. Вместо этого основные объекты здесь — векторы фоковского пространства, описывающие всевозможные возбуждения квантового поля. Аналогом квантовомеханической волновой функции в КТП является полевой оператор (точнее, «поле» — это операторнозначная обобщённая функция, из которой только после свертки с основной функцией получается оператор, действующий в гильбертовом пространстве состояний), способный действовать на вакуумный вектор фоковского пространства (см. вакуум) и порождать одночастичные возбуждения квантового поля. Физическим наблюдаемым здесь также соответствуют операторы, составленные из полевых операторов.
Явления, возникающие в квантовой теории поля
См. также
Литература
- Квантовая теория поля Физическая энциклопедия (гл. редактор А. М. Прохоров).
- Ричард Фейнман, «Характер физических законов». М., Наука, 1987 г., 160 с.
- Ричард Фейнман, «КЭД — странная теория света и вещества». М., Наука, 1988 г., 144 с.
- Боголюбов Н. Н., Ширков Д. В. Введение в теорию квантованных полей. 4-ое изд. М.: Наука, 1984. 600 с.
- Ициксон К., Зюбер Ж. Б. Квантовая теория поля. том 1. Пер. с англ. М.: Мир, 1984. 448 с.
Wikimedia Foundation. 2010.
- Квантовое запутывание
- Квантовая теория струн
Смотреть что такое "Квантовое поле" в других словарях:
квантовое поле — Операторная функция координат и времени, описывающая физическую квантовую систему с бесконечно большим числом степеней свободы, включая процессы взаимопревращения частиц … Политехнический терминологический толковый словарь
Магнитное квантовое число — Магнитное квантовое число параметр, который вводится при решении уравнения Шрёдингера для электрона в водородоподобном атоме (и вообще для любого движения заряженной частицы). В 1896 году голландский физик Питер Зееман поместил в… … Википедия
Магнитное поле — Классическая электродинамика … Википедия
Электромагнитное поле — Классическая электродинамика … Википедия
Самосогласованное поле — Самосогласванное поле, усреднённое определённым образом взаимодействие с данной частицей всех других частиц квантово механической системы, состоящей из многих частиц. Задача многих взаимодействующих частиц очень сложна и не имеет точного решения … Большая советская энциклопедия
Самосогласванное поле — усреднённое определённым образом взаимодействие с данной частицей всех других частиц квантово механической системы, состоящей из многих частиц. Задача многих взаимодействующих частиц очень сложна и не имеет точного решения. Поэтому… … Большая советская энциклопедия
КВАНТОВАЯ ТЕОРИЯ ПОЛЯ — теория релятивистских квантовых систем. Возникновение К. т. п. связано с задачами о взаимодействии вещества с излучением и с попытками построения релятивистской квантовой механики [П. Дирак (P.A.M. Dirac, 1927), В. Гейзенберг (W. Heisenberg), В.… … Математическая энциклопедия
КВАНТОВАЯ ТЕОРИЯ ПОЛЯ. — КВАНТОВАЯ ТЕОРИЯ ПОЛЯ. Содержание:1. Квантовые поля ................. 3002. Свободные поля и корпускулярно волновой дуализм .................... 3013. Взаимодействие полей .........3024. Теория возмущений ............... 3035. Расходимости и… … Физическая энциклопедия
КОНСТРУКТИВНАЯ КВАНТОВАЯ ТЕОРИЯ ПОЛЯ — раздел математической физики, изучающий свойства моделей квантовой теории поля (к. т. п.). Одна из задач К. к. т. п. состоит в исследовании квантовых полей в реальном 4 мерном пространстве времени. Однако само существование этих полей остается… … Математическая энциклопедия
КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА — изучает состояния микрочастиц и их систем (элементарных частиц, атомных ядер, атомов, молекул, кристаллов), изменение этих состояний во времени, а также связь величин, характеризующих состояния микрочастиц, с эксперим. макроскопич. величинами. К … Химическая энциклопедия
dic.academic.ru
Квантовая точка - это... Что такое Квантовая точка?
Квантовая точка — фрагмент проводника или полупроводника (например InGaAs, CdSe или GaInP/InP), носители заряда (электроны или дырки) которого ограничены в пространстве по всем трём измерениям. Размер квантовой точки должен быть настолько мал, чтобы квантовые эффекты были существенными[1]. Это достигается, если кинетическая энергия электрона заметно больше всех других энергетических масштабов: в первую очередь больше температуры, выраженной в энергетических единицах. Квантовые точки были обнаружены в начале 1980-х годов Алексеем Екимовым[en] в стеклянной матрице[2] и Луи Е. Брусом[en] в коллоидных растворах. Термин «квантовая точка» был предложен Марком Ридом[en][3].
Энергетический спектр квантовой точки дискретен и расстояние между стационарными уровнями энергии носителя заряда зависит от размера квантовой точки как (d — характерный размер точки, m — эффективная масса электрона на точке).
Вследствие чего, электронные и оптические свойства квантовых точек занимают промежуточное положение между объёмным полупроводником и дискретной молекулой[1].Возможное применение квантовых точек: полевые транзисторы, фотоэлементы, LED, лазерные диоды[1]. Исследуются также возможности применения квантовых точек в качестве биомаркеров для визуализации в медицине[4] и кубитов для квантовых вычислений.
Проще говоря, квантовая точка — это полупроводник, электрические характеристики которого зависят от его размера и формы. Чем меньше размер кристалла, тем больше расстояние между энергетическими уровнями. Например, при переходе электрона на энергетический уровень ниже, испускается фотон; так как мы можем регулировать размер квантовой точки, то мы можем изменять энергию испускаемого фотона, а значит мы можем изменять цвет, испускаемого квантовой точкой, света. Основное преимущество квантовой точки заключается в возможности высокоточного контроля над её размером, это делает возможным очень точный контроль над проводимостью[5]. Квантовые точки разных размеров могут быть собраны в градиентные многослойные нанопленки[en].
Типы квантовых точек
Различают два типа квантовых точек (по способу создания):
- эпитаксиальные квантовые точки;
- коллоидные квантовые точки.
Конструкции квантовых точек
Квантовой точкой может служить любой достаточно маленький кусочек металла или полупроводника. Исторически первыми квантовыми точками, вероятно, были микрокристаллы селенида кадмия CdSe. Электрон в таком микрокристалле чувствует себя как электрон в трёхмерной потенциальной яме, он имеет много стационарных уровней энергии с характерным расстоянием между ними (точное выражение для уровней энергии зависит от формы точки). Аналогично переходу между уровнями энергии атома, при переходе между энергетическими уровнями квантовой точки может излучаться фотон. Возможно также забросить электрон на высокий энергетический уровень, а излучение получить от перехода между более низколежащими уровнями (люминесценция). При этом, в отличие от настоящих атомов, частотами переходов легко управлять, меняя размеры кристалла. Собственно, наблюдение люминесценции кристаллов селенида кадмия с частотой люминесценции, определяемой размером кристалла, и послужило первым наблюдением квантовых точек.
В настоящее время множество экспериментов посвящено квантовым точкам, сформированным в двумерном электронном газе. В двумерном электронном газе движение электронов перпендикулярно плоскости уже ограничено, а область на плоскости можно выделить с помощью затворных металлических электродов, накладываемых на гетероструктуру сверху. Квантовые точки в двумерном электронном газе можно связать туннельными контактами с другими областями двумерного газа и изучать проводимость через квантовую точку. В такой системе наблюдается явление кулоновской блокады.
Применение квантовых точек
Коллоидные квантовые точки являются хорошей заменой традиционных люминофоров, как органических, так и неорганических. Они превосходят их по фотостабильности, яркости флуоресценции, а также имеют некоторые уникальные свойства[6].
Ещё недавно о широком применении квантовых точек речи не шло, но в последние годы ряд компаний выпустил на рынок продукцию с использованием данных наночастиц. Среди анонсированных продуктов имеются, как экспериментальные образцы, так и массовые изделия. Например, компанией LG созданы первые прототипы дисплеев на основе квантовых точек[7]. В то же время компания Nexxus Lighting выпустила светодиодную лампу с использованием квантовых точек[8], а российская компания QDLight готовит к выпуску целую линейку продукции на квантовых точках в области оптоэлектроники, безопасности и сельского хозяйства[9]. Оптические свойства нанокристаллов — квантовых точек используются в самых неожиданных исследованиях, в которых требуется удобная, перестраиваемая люминесценция, например в биологических исследованиях.
Квантовые точки — один из главных кандидатов для представления кубитов в квантовых вычислениях.
Существует программа создания дисплеев на квантовых точках — QD-LED.
Методы получения квантовых точек
Схема синтеза CdSe-ZnSe квантовых точекСуществует два главных метода создания квантовых точек:
- синтез в коллоиде, при котором вещества смешиваются в растворе
- эпитаксия — метод выращивания кристаллов на поверхности подложки
При помощи коллоидного синтеза можно получать нанокристаллы, покрытые слоем адсорбированных поверхностно-активных молекул. Таким образом они растворимы в органических растворителях, после модификации — также в полярных растворителях. Квантовые точки, связанные с подложкой могут использоваться, например, в перспективных приложениях наноэлектроники. Особый интерес представляют флуоресцирующие квантовые точки, получаемые методом коллоидного синтеза, например КТ на основе халькогенидов кадмия в зависимости от своего размера флуоресцируют разными цветами. Интерес заключается в том, что они поглощают энергию в широком диапазоне спектра, а испускают узкий спектр световых волн[10].
См. также
Примечания
- ↑ 1 2 3 Васильев Р. Б., Дирин Д. Н. Квантовые точки: синтез, свойства, применение. — МГУ, Москва, 2007. — С. 50.
- ↑ Екимов А. И., Онущенко А. А. Квантовый размерный эффект в трехмерных микрокристаллах полупроводников // Письма в ЖЭТФ. — 1981. — Т. 34. — С. 363—366.
- ↑ Reed MA, Randall JN, Aggarwal RJ, Matyi RJ, Moore TM, Wetsel AE (1988). «Observation of discrete electronic states in a zero-dimensional semiconductor nanostructure». Phys Rev Lett 60 (6): 535–537. DOI:10.1103/PhysRevLett.60.535. PMID 10038575. Bibcode: 1988PhRvL..60..535R. (1988).[1]
- ↑ Олейников В. А. Квантовые точки — наноразмерные сенсоры для медицины и биологии // Природа. — 2010. — № 3. — С. 22—28.
- ↑ www.evidenttech.com: How quantum dots work.. Проверено 15 октября 2009.
- ↑ Свойства квантовых точек
- ↑ MEMBRANA | Мировые новости | Начато производство дисплеев на квантовых точках
- ↑ Лампа на квантовых точках
- ↑ Новые продукты на квантовых точках
- ↑ Российская корпорация нанотехнологий
Ссылки
med.academic.ru
