束縛態與位障

有限深方位阱

有限深方位阱是無限深阱更貼近現實的表親:一個低勢能的區域,被高度有限而非無限的牆壁所圍。能量低於牆高的粒子依然是束縛的、被困住的,但這種禁錮不再是絕對的。在量子的意義上,牆壁是可穿透的,波函數也不會在邊緣處驟然歸零。

相反,就在阱外,波函數會平滑地衰減進入那片禁區——按經典圖景,粒子在那裡永遠不會有足夠的能量待著。這條衰減的尾巴意味著:在陷阱稍外之處發現粒子,存在一個雖小卻真實的概率。把阱內的波與阱外衰減的尾巴接合起來,比無限阱的情形更微妙,辦法是要求波函數及其斜率在每面牆處都連續地銜接。

由此引出兩個後果。其一,有限阱只容納有限個束縛態;又淺又窄的阱也許只支持一個,而三維中足夠弱的阱甚至可能什麼都束縛不住。其二,能級會比無限阱的數值略低,因為滲出的尾巴實際上給了粒子多一點空間。有限阱是乾淨的教科書模型與真實原子、材料中更雜亂陷阱之間天然的橋樑。

inside: oscillating wave; outside: ψ ∝ e^(−κ|x|), κ = √(2m(V₀−E))/ħ

在阱內波振盪;越過有限的牆壁,它便指數式地衰減進入禁區。

滲出的尾巴並不意味著粒子擁有比牆更高的能量,也不意味著能量被「借用」。它反映的是位置本質上是不確定的;粒子只是在經典力學所禁止的區域裡擁有一個非零的概率幅。

又稱
finite potential wellfinite well有限深势阱