FEM ile, Hapsolmuş Kuantum Mekaniksel Sistemlerin Çözümü

Benzer belgeler
FEM ile, Hapsolmuş Kuantum Mekaniksel Sistemlerin Çözümü

Kübik Spline lar/cubic Splines

MAK 210 SAYISAL ANALİZ

Özdeğer ve Özvektörler

Lineer Dönüşümler ÜNİTE. Amaçlar. İçindekiler. Yazar Öğr. Grv.Dr. Nevin ORHUN

Diferensiyel Denklemler I Uygulama Notları

MIT Açık Ders Malzemeleri Bu materyallerden alıntı yapmak veya Kullanım Koşulları hakkında bilgi almak için

Diferansiyel denklemler uygulama soruları

DİFERANSİYEL DENKLEMLER-2

Kuantum Mekaniğinin Varsayımları

8.04 Kuantum Fiziği DersXIX

x 0 = A(t)x + B(t) (2.1.2)

MIT Açık Ders Malzemesi İstatistiksel Mekanik II: Alanların İstatistiksel Fiziği 2008 Bahar

8.04 Kuantum Fiziği Ders X. Schrödinger denk. bir V(x) potansiyeli içinde bir boyutta bir parçacığın hareketini inceler.

Lineer Denklem Sistemleri Kısa Bilgiler ve Alıştırmalar

İleri Diferansiyel Denklemler

BÖLÜM 6 LAPLACE DÖNÜŞÜMLERİ

İleri Diferansiyel Denklemler

8.Konu Vektör uzayları, Alt Uzaylar

İleri Diferansiyel Denklemler

İleri Diferansiyel Denklemler

Lineer Cebir. Doç. Dr. Niyazi ŞAHİN TOBB. İçerik: 1.1. Lineer Denklemlerin Tanımı 1.2. Lineer Denklem Sistemleri 1.3. Matrisler

Şimdi de [ ] vektörünün ile gösterilen boyu veya büyüklüğü Pisagor. teoreminini iki kere kullanarak

MIT Açık Ders Malzemeleri Bu materyallerden alıntı yapmak veya Kullanım Koşulları hakkında bilgi almak için

8.04 Kuantum Fiziği Ders XII

HOMOGEN OLMAYAN DENKLEMLER

MATEMATİK ÖĞRETMENLİK ALAN BİLGİSİ - DENEME SINAVI DENEME. Diğer sayfaya geçiniz.

BÖLÜM 1: MADDESEL NOKTANIN KİNEMATİĞİ

Bölüm 1: Lagrange Kuramı... 1

7. BÖLÜM İÇ ÇARPIM UZAYLARI İÇ ÇARPIM UZAYLARI İÇ ÇARPIM UZAYLARI İÇ ÇARPIM UZAYLARI .= Genel: Vektörler bölümünde vektörel iç çarpım;

Doğrusal Demet Işıksallığı 2. Fatma Çağla Öztürk

İleri Diferansiyel Denklemler

İleri Diferansiyel Denklemler

sonlu altörtüsü varsa bu topolojik uzaya tıkız diyoruz.

İleri Diferansiyel Denklemler

İç-Çarpım Uzayları ÜNİTE. Amaçlar. İçindekiler. Yazar Öğr. Grv. Dr. Nevin ORHUN

İÇİNDEKİLER ÖNSÖZ Bölüm 1 KÜMELER Bölüm 2 SAYILAR

SONLU FARKLAR GENEL DENKLEMLER

Bir özvektörün sıfırdan farklı herhangi bri sabitle çarpımı yine bir özvektördür.

DÜZCE ÜNİVERSİTESİ TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ EET305 OTOMATİK KONTROL I Dr. Uğur HASIRCI

İleri Diferansiyel Denklemler

İşaret ve Sistemler. Ders 11: Laplace Dönüşümleri

Özet: Açısal momentumun türetimi. Açısal momentum değiştirme bağıntıları. Artırıcı ve Eksiltici İşlemciler Kuantum Fiziği Ders XXI

2012 LYS MATEMATİK SORU VE ÇÖZÜMLERİ Niyazi Kurtoğlu

BÖLÜNMÜŞ FARKLAR (DİVİDED DİFFERENCES)

ÖZDEĞERLER- ÖZVEKTÖRLER

3. V, R 3 ün açık bir altkümesi olmak üzere, c R. p noktasında yüzeye dik olduğunu gösteriniz.(10

Newton un F = ma eşitliğini SD den türete bilir miyiz?

Kısıtsız Optimizasyon OPTİMİZASYON Kısıtsız Optimizasyon

9.Konu Lineer bağımsızlık, taban, boyut Germe. 9.1.Tanım: V vektör uzayının her bir elemanı

ANADOLU ÜNİVERSİTESİ AÇIKÖĞRETİM FAKÜLTESİ İLKÖĞRETİM ÖĞRETMENLİĞİ LİSANS TAMAMLAMA PROGRAMI. Lineer. Cebir. Ünite

(14) (19.43) de v yi sağlayan fonksiyona karşılık gelen u = F v fonksiyonunun ikinci türevi sürekli, R de 2π periodik ve

13. Karakteristik kökler ve özvektörler

MAK 210 SAYISAL ANALİZ

1. BÖLÜM Polinomlar BÖLÜM II. Dereceden Denklemler BÖLÜM II. Dereceden Eşitsizlikler BÖLÜM Parabol

Statik Manyetik Alan

Kaynaklar Shepley L. Ross, Differential Equations (3rd Edition), 1984.

KUADRATİK FORM. Tanım: Kuadratik Form. Bir q(x 1,x 2,,x n ) fonksiyonu

SORU 1: En az iki elemana sahip bir X kümesi ile bunun P (X) kuvvet. kümesi veriliyor. P (X) üzerinde 0 ; A = 1 ; A

Birinci Mertebeden Adi Diferansiyel Denklemler

ÖRNEKLER-VEKTÖR UZAYLARI 1. Çözüm: w=k 1 u+k 2 v olmalıdır.

Lineer Denklem Sistemleri

Tanım: Kök yer eğrisi sistem parametrelerinin değişimi ile sistemin kapalı döngü köklerinin s düzlemindeki yerini gösteren grafiktir.

MIT Açık Ders Malzemeleri Bu materyallerden alıntı yapmak veya Kullanım Koşulları hakkında bilgi almak için

BÖLÜM 24 PAULI SPİN MATRİSLERİ

LYS MATEMATİK DENEME - 1

Jeodezide Yaklaşım Yöntemleri: Enterpolasyon ve Kollokasyon

Ders: MAT261 Konu: Matrisler, Denklem Sistemleri matrisi bulunuz. olmak üzere X = AX + B olacak şekilde bir X 1.

MAK 210 SAYISAL ANALİZ

;] u Y hb* p(a/ > V aaa!a!a!a!!!!!a! BASIN KİTAPÇIĞI

Elemanter fonksiyonlarla yaklaşım ve hata

BASIN KİTAPÇIĞI ÖSYM

) 2, ω 2 = k ve ε m m

Lineer Bağımlılık ve Lineer Bağımsızlık

YÖNEYLEM ARAŞTIRMASI - III

BÖLÜM 16 KUANTUM : AYRILABİLEN SİSTEMLER

EŞİTLİK KISITLI TÜREVLİ YÖNTEMLER

MAT 101, MATEMATİK I, FİNAL SINAVI 08 ARALIK (10+10 p.) 2. (15 p.) 3. (7+8 p.) 4. (15+10 p.) 5. (15+10 p.) TOPLAM

(z z 0 ) n. n=1. Z f (z) dz = 2ib 1

NÜMER IK ANAL IZ. Nuri ÖZALP. Sabit Nokta ve Fonksiyonel Yineleme. Bilimsel Hesaplama Matemati¼gi

Otomatik Kontrol (Doğrusal sistemlerde Kararlılık Kriterleri) - Ders sorumlusu: Doç.Dr.HilmiKuşçu

2+1 Boyutlu Eğri Hiperyüzeyde Dirac Denklemi

MASSACHUSETTS TEKNOLOJİ ENSTİTÜSÜ Fizik Bölümü Fizik 8.04 Bahar 2006 SINAV 2 Salı, Mart 14, :00-12:30

5 Mayıs Fen Liseleri, Sosyal Bilimler Liseleri, Spor Liseleri, Anadolu Liseleri Öğretmenlerinin Seçme Sınavı. Matematik Soruları ve Çözümleri

( ) ( ) { } ( ] f(x) = sinx fonksiyonunun x=0 için türevi aşağıdakilerden hangisidir. 3 ün (mod 7) ye göre denk olduğu sayı aşağıdakilerden

Diverjans teoremi ise bir F vektörüne ait hacim ve yüzey İntegralleri arasındaki ilişkiyi ortaya koyar ve. biçiminde ifade edilir.

İleri Diferansiyel Denklemler

Bu bölümde Coulomb yasasının bir sonucu olarak ortaya çıkan Gauss yasasının kullanılmasıyla simetrili yük dağılımlarının elektrik alanlarının çok

İstatistik ve Olasılık

A. Seçilmiş bağıntılar Zamana bağlı Schrödinger denklemi: Zamandan bağımsız Schrödinger denklemi: Hamilton işlemcisinin konum temsili

Alıştırmalara yanıtlar

MIT Açık Ders Malzemeleri Bu materyallerden alıntı yapmak veya Kullanım Koşulları hakkında bilgi almak için

25. f: R { 4} R 28. ( ) 3 2 ( ) 26. a ve b reel sayılar olmak üzere, 27. ( ) eğrisinin dönüm noktasının ordinatı 10 olduğuna göre, m kaçtır?

A A = A 2 x + A 2 y + A 2 z (1) A A. Üç-boyutlu uzayda, iki tane vektörü kartezyen koordinatlarda dikkate alalım: A = Axˆx + A y ŷ + A z ẑ,

İÇİNDEKİLER ÖNSÖZ Bölüm 1 SAYILAR 11 Bölüm 2 KÜMELER 31 Bölüm 3 FONKSİYONLAR

YAZILI SINAV SORU ÖRNEKLERİ MATEMATİK

8.04 Kuantum Fiziği Ders XX

ÖSYM. 1. Bu testte 40 soru vardır. 2. Cevaplarınızı, cevap kâğıdının Matematik Testi için ayrılan kısmına işaretleyiniz AYT/Matematik

İleri Diferansiyel Denklemler

Math 322 Diferensiyel Denklemler Ders Notları 2012

Transkript:

FEM ile, Hapsolmuş Kuantum Mekaniksel Sistemlerin Çözümü Yöntem 8-Mayıs-24 (9-Mayıs-24) Bir boyutlu bir problem için ölçeklenmiş (boyutsuz) niceliklerle yazılmış Schrodinger denklemi ve Hamiltoniyen Hψ(z) = Eψ(z) () H = d d + V (z) (2) 2 idi. () in çözümü olan ψ(z) yerine g(z) yaklaşık çözüm fonksiyonunu alalım. Çözüm olarak bu fonksiyonun kullanılmasıyla () Hg(z) = Eg(z) (3) haline gelir. () i soldan çözüm fonksiyonunun kompleks eşleniği ile çarpıp çözüm aralığında integre edelim g (z)hg(z) E G = g (z)hg(z) E g (z)g(z) = (4) g (z)g(z) (5) ile tanımlanan G varyasyon ile minimize edilecek. Çözülecek olan sistem kuşatılmışsa, yani uzayın belli bir bölgesine hapsolmuşsa sisteme ait dalga fonksiyonu uzayın hapsolduğu kısmının sınırlarında sıfır olmalıdır. Bu koşul sistemin kesin çözümü olan ψ için geçerli olduğu gibi yaklaşık çözüm olan g için de geçerlidir. (5) de (2) yazılsın G = g d (z) 2 [ İlk terime kısmi integrasyon uygulanırsa g( ) = g(z b ) = (6) ] dg(z) + z b g (z)v (z)g(z) E g (z)g(z) (7) G = 2 g + ( ) dg z b + 2 g V (z)g E g g ( dg ) ( ) dg (8) olacaktır. (6) dan g ( ) = g (z b ) = olduğu kullanılırsa (8) G = ( dg 2 ) ( ) dg + haline gelir. (9) un minimizasyonu yapılacak (Ritz yöntemi). udv = uv zb vdu; u = g (z), dv = d [ z b ] dg(z) g V (z)g E g g (9)

2 Sonsuz Kuyu Potansiyeline Uygulama İki sonsuz potansiyel duvarı arasında L = z b genişlikli ve içinde V (z) = olan kuyu. Bu problem için (9) da V (z) = ve = m yazılacak. Dolayısıyla minimize edilecek nicelik, G = ( )( ) dg dg E g g () 2m olur. Çözüm uzayını z = ve z N+ = z b olmak üzere N + parçaya bölelim. [,z b ] [z,z ] + [z,z 2 ] + [z j,z j+ ] + [z N,z N+ ] () g(j), fonksiyonun (j + ). bölgedeki hali olmak üzere çözüm fonksiyonunu içeren integraller haline gelir. s = şeklinde tanımlanan dönüşüm ile de olacaktır. Dolayısıyla (2) olur. Tüm bunlardan sonra () N G = 2mL j j= N j= z j+ z j (2) z z j z j+ z j, L j = z j+ z j = L j ds (3) z j+ z j N j= z j+ z j L j ( dg j ds ds N j= L j ds (4) )( ) dgj EL j ds ds (5) dsgjg j halini alır. (3) dönüşümüyle geçilen [, ] uzayında FEM bazları (ϕ lerin kümesi) oluşturulabilir. Bu uzayın n parçaya bölünmesi ile uzayda n. dereceden polinomla verilebilen n+ tane baz fonksiyonu oluşturuluyordu. [,] [s,s ] + [s,s 2 ] + [s k,s k+ ] + [s n,s n ] (7) Burada s = ve s n = dir. Baz fonksiyonları ϕ i (s) = k= (6) n (s s n k ) (k i) (i,k =,2,...,n) (8) (s i s k ) k= ile tanımlıydı. n =,2,3 için baz fonksiyonları : (5) den görülebilir ki çözüm uzayının (j + ). bölgesi, s uzayının n parçaya bölünmesi ile n parçaya bölünmüştür. Dolayısıyla () den görünen, çözüm uzayında (N +).n+ nokta olduğudur. () in çözümü olan ψ nin bu noktalardaki değerleri ψ,ψ,ψ 2, ψ (N+)n (9) 2

.8.6.4.2.2.4.6.8 s Şekil : s uzayının bire (n = ) bölünmesi ile oluşan baz fonksiyonları.8.6.4.2.2.4.6.8 s Şekil 2: s uzayının ikiye (n = 2) bölünmesi ile oluşan baz fonksiyonları olsun. (6) gereği ψ = ψ (N+)n = olacaktır. (3) ile verilen g(z) fonksiyonunun (j + ). bölgedeki hali, g j (s) = n ψ jn+k φ k (s) (2) k= şeklinde yazılabilir. Burada φ k lar (8) ile tanımlanan baz fonksiyonları, ψ j ler ise (9) daki çözüm fonksiyonunun uzaydaki noktalarda aldığı bilinmeyen değerlerdir. (2) ile verilen fonksiyonlar ve (3) ile verilen parça uzunlukları (L j ) ler (6) da yerlerine yazıldığında, sistemin çözümü için minimize edilmesi gereken G niceliği oluşmuş olur. Bu işlemlerden sonra G şunlara bağlı olacaktır: ψ,ψ 2, ψ (N+).n ψ,ψ 2, ψ (N+).n m,l j,e Problemin çözümü için gerekenler enerji özdeğerleri (E) ve çözüm fonksiyonunun uzayın bölünmesi sonucu oluşan (N + )n sayıda noktada aldığı değerler. (6) nın minimizasyonu G nin ψk lara göre türevlerinin sıfıra eşitlenmesi sonucu olur.2 G ψ k = ; k =,2, (N + )n (2) 2 G nin ψ k lara göre türevi alınıp da sıfıra eşitlenebilir. Bu sefer elde dilen denklem sisteminde çözülmesi gereken değişkenler ψk lar olacaktır. 3

.8.6.4.2.2.4.6.8 s.2 Şekil 3: s uzayının üçe (n = 3) bölünmesi ile oluşan baz fonksiyonları (2) in uygulanması sonucu (N + )n bilinmeyen (ψ,ψ 2, ψ (N+).n ) ve (N + )n denklemden oluşan bir sistem elde edilir. Bu sistem matris formunda yazılabilir. Burada K. ψ = E M. ψ (22) K : denklem sistemindeki E içermeyen katsayıların matrisi ((N + )n ) ((N + )n ) boyutunda ψ : denklem sistemindeki bilinmeyenler matrisi ((N + )n ) boyutunda E : skaler M : denklem sistemindeki E içeren katsayıların matrisi ((N + )n ) ((N + )n ) boyutunda Enerji özdeğerlerinin bulunması M. K ψ = E ψ (23) ile olur. Enerji özdeğerleri M. K matrisinin özdeğerleri olacaktır. 3 Sonuçlar (23) de m =, = 5, z b = alınıp çözüm uzayı eşit uzunluktaki parçalara ayrılarak farklı N ve n ler için enerji özdeğerleri hesaplandı. Problemin kesin enerji özdeğerleri E n = h2 π 2 2mL 2 n2 (24) ile veriliyordu. İlk özdeğerin sabit n için farklı N sayılarına göre ve sabit N için farklı n sayılarına göre değişimi şöyle : 4

Şekil 4: Farklı N sayıları için n = alınarak çözüm uzayının N + parçaya bölünmesi sonucunda ilk enerji özdeğeri Şekil (4) den görüldüğü gibi çözüm uzayı daha fazla sayıda parçaya bölündükçe ilk özdeğer belli değerlere yakınsamaktadır. N artıkça eğriler arasındaki ayrım da azalmaktadır. Şekil (5) den de yukarıdakine benzer bir yorum yapılabilir. Buradaki tek fark artan n ler için elde edilen özdeğerlerin gerçek değerlere daha çabuk yakınsamasıdır. Şekilden görüldüğü gibi n = 4 ve n = 5 için elde edilen özdeğerler birbirine çok yakındır. 5

Şekil 5: Farklı n sayıları için N = alınarak s uzayının n parçaya bölünmesi sonucunda ilk enerji özdeğeri 6