Дослідження Світу Дуже Малих

Фундаментальні принципи квантової механіки

На нанорівні класична механіка не здатна точно описувати властивості матеріалів. Квантова механіка визначає, що частинки, такі як електрони, проявляють дуалізм хвиля-частинка, тобто вони можуть поводитися як хвилі та частинки одночасно. Це призводить до явищ, таких як суперпозиція – частинка існує в кількох станах одночасно, та заплутаність – два або більше частинок стають зв’язаними незалежно від відстані.

Симулятор використовує рівняння Шредінгера для моделювання поведінки електронів у потенційних полях. Змінюючи параметри, такі як прикладена напруга, властивості матеріалів (представлені ефективними потенціалами) та геометрію, ви можете безпосередньо спостерігати ці квантові ефекти.

∂ψ/∂t = iħ(Op ψ + Vψ)

Моделювання нанопристроїв

Симулятор зосереджений на моделюванні ключових нанопристроїв, починаючи з квантового об’єкта. Квантовий об’єкт — це сутність, що насправді є напівпровідниковим нанокристалом, який утримує електрони в невеликій області, створюючи дискретні рівні енергії — безпосередній наслідок квантового обмеження.

Ви можете контролювати параметри, такі як розмір і склад матеріалу квантового об’єкта, що впливає на інтервал між рівнями енергії та оптичні властивості. Симулятор потім розраховує транспорт електронів через це пристрій за різних умов.

E = ħ²π²/(m L²)  (for a spherical quantum dot)

Симуляція квантового тунелювання

Один із найбільш вражаючих ефектів у наносістем — це квантове тунелювання. Завдяки хвильовим властивостям електрони можуть «просочуватися» через потенційні бар’єри, які б були непрохідними згідно з класичною механікою.

Симулятор дозволяє експериментувати з висотою та шириною бар’єрів для спостереження ймовірності тунелювання електронів. Зміна параметрів, таких як температура, також впливає на швидкості тунелювання — важливий фактор у проєктуванні нанопристроїв.

Probability of Tunneling ≈ exp(-2√(αt) * W)

Розширені моделі

Згодом симулятор представляє складніші моделі, включаючи квантові дроти та закопчені квантові точки. Ці системи демонструють заплутування та корельовану поведінку, що вимагає більш глибокого розуміння квантової механіки.

Експериментування з цими просунутими системами дозволяє досліджувати концепції квантової узгодженості – здатність квантової системи підтримувати суперпозицію – та досліджувати потенційні застосування в таких сферах, як квантові обчислення та вимірювання.

Часті запитання

Спробуйте наживо

Усе, що вище, працює прямо у вашому браузері — відкрийте SPH Fluid і змінюйте параметри під час роботи. Нічого не встановлюється, нічого не завантажується на сервер, уся модель живе в одній вкладці.