البئر المحتمل

📅 آخر تحديث: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 9 صور
الموسوعة الحرة
بئر طاقة كامنة عام.

البئر الكامن هو المنطقة المحيطة بأدنى مستوى محلي للطاقة الكامنة . الطاقة المحتجزة في البئر الكامن لا يمكنها التحول إلى نوع آخر من الطاقة ( الطاقة الحركية في حالة البئر الكامن التثاقلي ) لأنها محصورة في أدنى مستوى محلي للطاقة الكامنة. لذلك، قد لا ينتقل الجسم إلى أدنى مستوى عالمي للطاقة الكامنة، كما هو معتاد بفعل الانتروبيا .

ملخص

يمكن إطلاق الطاقة من بئر جهد إذا أُضيفت طاقة كافية إلى النظام بحيث يتم تجاوز الحد الأقصى المحلي. في فيزياء الكم ، قد تتسرب طاقة الوضع من بئر الجهد دون إضافة طاقة بسبب الخصائص الاحتمالية للجسيمات الكمومية ؛ في هذه الحالات، يمكن تخيل أن الجسيم ينفذ نفقًا عبر جدران بئر الجهد.

يمثل الرسم البياني لدالة طاقة الوضع ثنائية الأبعاد سطح طاقة وضع يمكن تخيله كسطح الأرض في تضاريس من التلال والوديان. وبالتالي، فإن بئر الطاقة الكامنة هو وادٍ محاط من جميع الجهات بتضاريس مرتفعة، ويمكن أن يمتلئ بالماء (كأن يكون بحيرة ) دون أن يتدفق أي ماء نحو مستوى أدنى (كمستوى سطح البحر ).

في حالة الجاذبية ، تكون المنطقة المحيطة بالكتلة بمثابة بئر جاذبية، إلا إذا كانت كثافة الكتلة منخفضة لدرجة أن قوى المد والجزر من الكتل الأخرى تكون أكبر من جاذبية الجسم نفسه.

التل المحتمل هو عكس البئر المحتمل، وهو المنطقة المحيطة بالحد الأقصى المحلي .

الحصر الكمي

إن الحصر الكمي مسؤول عن زيادة فرق الطاقة بين حالات الطاقة وفجوة النطاق، وهي ظاهرة ترتبط ارتباطًا وثيقًا بالخصائص البصرية والإلكترونية للمواد.

يمكن ملاحظة الحصر الكمومي عندما يكون قطر المادة من نفس حجم طول موجة دي برولي لدالة الموجة الإلكترونية . [ 1 ] عندما تكون المواد بهذا الصغر، فإن خصائصها الإلكترونية والبصرية تنحرف بشكل كبير عن خصائص المواد الكبيرة. [ 2 ]

A particle behaves as if it were free when the confining dimension is large compared to the wavelength of the particle. During this state, the bandgap remains at its original energy due to a continuous energy state. However, as the confining dimension decreases and reaches a certain limit, typically in nanoscale, the energy spectrum becomes discrete. As a result, the bandgap becomes size-dependent. As the size of the particles decreases, the electrons and electron holes come closer, and the energy required to activate them increases, which ultimately results in a blueshift in light emission.

Specifically, the effect describes the phenomenon resulting from electrons and electron holes being squeezed into a dimension that approaches a critical quantum measurement, called the excitonBohr radius. In current application, a quantum dot such as a small sphere confines in three dimensions, a quantum wire confines in two dimensions, and a quantum well confines only in one dimension. These are also known as zero-, one- and two-dimensional potential wells, respectively. In these cases they refer to the number of dimensions in which a confined particle can act as a free carrier. See external links, below, for application examples in biotechnology and solar cell technology.

Quantum mechanics view

The electronic and optical properties of materials are affected by size and shape. Well-established technical achievements including quantum dots were derived from size manipulation and investigation for their theoretical corroboration on quantum confinement effect.[3] The major part of the theory is the behaviour of the exciton resembles that of an atom as its surrounding space shortens. A rather good approximation of an exciton's behaviour is the 3-D model of a particle in a box.[4] The solution of this problem provides a sole mathematical connection between energy states and the dimension of space. Decreasing the volume or the dimensions of the available space, increases the energy of the states. Shown in the diagram is the change in electron energy level and bandgap between nanomaterial and its bulk state.

The following equation shows the relationship between energy level and dimension spacing:

ψnx,ny,nz=8LxLyLzsin⁡(nxπxLx)sin⁡(nyπyLy)sin⁡(nzπzLz){\displaystyle \psi _{n_{x},n_{y},n_{z}}={\sqrt {\frac {8}{L_{x}L_{y}L_{z}}}}\sin \left({\frac {n_{x}\pi x}{L_{x}}}\right)\sin \left({\frac {n_{y}\pi y}{L_{y}}}\right)\sin \left({\frac {n_{z}\pi z}{L_{z}}}\right)}
Enx,ny,nz=ℏ2π22m[(nxLx)2+(nyLy)2+(nzLz)2]{\displaystyle E_{n_{x},n_{y},n_{z}}={\frac {\hbar ^{2}\pi ^{2}}{2m}}\left[\left({\frac {n_{x}}{L_{x}}}\right)^{2}+\left({\frac {n_{y}}{L_{y}}}\right)^{2}+\left({\frac {n_{z}}{L_{z}}}\right)^{2}\right]}

تُقدّم نتائج البحث [ 5 ] تفسيراً بديلاً لتغيّر الخصائص على المستوى النانوي. ففي الحالة الصلبة، يبدو أن الأسطح تتحكّم ببعض الخصائص المرصودة على المستوى العياني. أما في الجسيمات النانوية ، فلا تلتزم جزيئات السطح بالتكوين المتوقع في الفراغ، مما يؤدي إلى تغيّر كبير في التوتر السطحي .

وجهة نظر الميكانيكا الكلاسيكية

يستخدم التفسير الميكانيكي الكلاسيكي قانون يونغ-لابلاس لتقديم دليل على كيفية تقدم انخفاض الضغط من مقياس إلى آخر.

يمكن لمعادلة يونغ -لابلاس أن توفر خلفية عن دراسة نطاق القوى المطبقة على جزيئات السطح:

ΔP=γ∇⋅ن^=2γح=γ(1R1+1R2){\displaystyle {\begin{aligned}\Delta P&=\gamma \nabla \cdot {\hat {n}}\\&=2\gamma H\\&=\gamma \left({\frac {1}{R_{1}}}+{\frac {1}{R_{2}}}\right)\end{aligned}}}

بافتراض الشكل الكرويR1=R2=R{\displaystyle R_{1}=R_{2}=R}وحل معادلة يونغ-لابلاس للأقطار الجديدةR{\displaystyle R}(نانومتر)، نقدر الجديدΔP{\displaystyle \Delta P}(جيجا باسكال). كلما صغر نصف القطر، زاد الضغط. وتؤدي زيادة الضغط على المستوى النانوي إلى قوى شديدة باتجاه باطن الجسيم. ونتيجة لذلك، يبدو التركيب الجزيئي للجسيم مختلفًا عن التركيب في الكتلة، لا سيما على السطح. وتُعزى هذه التشوهات السطحية إلى تغيرات في التفاعلات بين الذرات وفجوة الطاقة . [ 6 ] [ 7 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ م. كاهي (2001). الحصر الكمي السادس: المواد والأجهزة النانوية  : وقائع الندوة الدولية . الجمعية الكهروكيميائية. ISBN 978-1-56677-352-2تم الاطلاع عليه بتاريخ 19 يونيو 2012 .
  2. ↑ هارتموت هاوغ؛ ستيفان دبليو. كوخ (1994). النظرية الكمية للخواص البصرية والإلكترونية لأشباه الموصلات . وورلد ساينتيفيك. ISBN 978-981-02-2002-0تم الاطلاع عليه بتاريخ 19 يونيو 2012 .
  3. ↑ نوريس، دي جيه؛ باويندي، إم جي (1996). "قياس وتحديد الطيف البصري المعتمد على الحجم في النقاط الكمومية من سيلينيد الكادميوم". مجلة Physical Review B. 53 ( 24): 16338–16346 . Bibcode : 1996PhRvB..5316338N . doi : 10.1103/PhysRevB.53.16338 . PMID 9983472 . 
  4. ↑ بروس، ل. إي. (1983). "نموذج بسيط لجهد التأين، والألفة الإلكترونية، وجهود الأكسدة والاختزال المائية لبلورات أشباه الموصلات الصغيرة". مجلة الفيزياء الكيميائية . 79 (11): 5566-5571 . Bibcode : 1983JChPh..79.5566B . doi : 10.1063/1.445676 .
  5. ↑ كونز، أ.ب.؛ وايدمان، ر.س.؛ كولينز، ت.س. (1981). "التعديلات الناتجة عن الضغط في بنية نطاق الطاقة لكبريتيد الكادميوم البلوري". مجلة الفيزياء ج: فيزياء الحالة الصلبة . 14 (20): L581. Bibcode : 1981JPhC...14L.581K . doi : 10.1088/0022-3719/14/20/004 .
  6. ↑ هـ. كوريسو؛ ت. تاناكا؛ ت. كاراساوا؛ ت. كوماتسو (1993). "الإكسيتونات المحصورة كميًا والمستحثة بالضغط في بلورات ثلاثي يوديد المعادن الطبقية" . المجلة اليابانية للفيزياء التطبيقية . 32 (ملحق 32-1): 285-287 . doi : 10.7567/jjaps.32s1.285 . S2CID 123243150 . 
  7. ^ لي تشيه جو. ميزل، آري؛ بنين، أوري؛ كوهين، مارفن L.؛ أليفيساتوس، أ. بول (2000). “ملاحظة انتقال فجوة النطاق المباشر إلى غير المباشر الناتج عن الضغط في البلورات النانوية InP”. مجلة الفيزياء الكيميائية . 113 (5): 2016. بيب كود : 2000JChPh.113.2016L . دوى : 10.1063/1.482008 .