束缚态与势垒

有限深方势阱

有限深方势阱是无限深阱更贴近现实的表亲:一个低势能的区域,被高度有限而非无限的墙壁所围。能量低于墙高的粒子依然是束缚的、被困住的,但这种禁锢不再是绝对的。在量子的意义上,墙壁是可穿透的,波函数也不会在边缘处骤然归零。

相反,就在阱外,波函数会平滑地衰减进入那片禁区——按经典图景,粒子在那里永远不会有足够的能量待着。这条衰减的尾巴意味着:在陷阱稍外之处发现粒子,存在一个虽小却真实的概率。把阱内的波与阱外衰减的尾巴接合起来,比无限阱的情形更微妙,办法是要求波函数及其斜率在每面墙处都连续地衔接。

由此引出两个后果。其一,有限阱只容纳有限个束缚态;又浅又窄的阱也许只支持一个,而三维中足够弱的阱甚至可能什么都束缚不住。其二,能级会比无限阱的数值略低,因为渗出的尾巴实际上给了粒子多一点空间。有限阱是干净的教科书模型与真实原子、材料中更杂乱陷阱之间天然的桥梁。

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

在阱内波振荡;越过有限的墙壁,它便指数式地衰减进入禁区。

渗出的尾巴并不意味着粒子拥有比墙更高的能量,也不意味着能量被「借用」。它反映的是位置本质上是不确定的;粒子只是在经典力学所禁止的区域里拥有一个非零的概率幅。

又称
finite potential wellfinite well有限深势阱