مقایسه نیروی اپتیکی با نیروی برخوردی کوانتومی در داخل یک کاواک اپتیکی چاه کوانتومی

مقدمه: امواج الکترومغناطیسی در برهمکنش با اجسام به آنها نیرویی وارد می کنند که به آن نیروی اپتیکی گفته می شود. مقدار، جهت و توزیع نیروی اپتیکی به مشخصات موج فرودی (شامل توزیع طیفی، توزیع شدت، درجه همدوسی، قطبش و ...) و نیز جنس و مشخصات فیزیکی جسم بستگی دارد.روش محاسبات: در این مقاله، یک میکروکاواک اپتیکی دو بعدی مربعی با دیواره های رسانا در نظر گرفته می شود. اگر دیواره ها نسبت به ورود و خروج ذرات نفوذناپذیر باشند آنگاه میکروکاواک می تواند مثل یک چاه پتانسیل کوانتومی با دیواره های بی نهایت نیز رفتار کند. حال یک جسم (در اینجا با شکل مربعی) در داخل چنین فضای دورگه اپتیکی-کوانتومی قرار داده می شود. تحریک مد اپتیکی در داخل این میکروکاواک و نیز تحریک تابع موج یک ذره محبوس (به جرم m) در چنین چاهی باعث وارد آمدن نیروی اپتیکی (از طریق موج الکترومغناطیسی تحریک شده) و نیروی برخوردی (از طریق تابع موج ذره محبوس) به جسم مورد نظر می شود. این دو نیرو با استفاده از یک کد کامپیوتری طراحی شده توسط نویسندگان مقاله (که با حل عددی معادلات ماکسول و شرودینگر مدهای اپتیکی و توابع موج را به دست می دهد) محاسبه شده و مقایسه می شوند. محاسبات نشان می دهد که برای میکروکاواک با ابعاد میکرومتری نیروی اپتیکی بسیار کمتر از نیروی برخوردی می باشد.یافته و بحث و نتیجه گیری: محاسبات نشان داد در عین حالی که توزیع میدان الکترومغناطیسی و توزیع احتمال ذره با هم مشابه هستند ولی نیروی اپتیکی حدود دو مرتبه از نیروی برخوردی ضیف تر است. علت اصلی این پدیده را می توان در کوچک بودن تکانه ذره بدون جرم (فوتون) نسبت به تکانه ذره جرم دار (در اینجا الکترون) ریشه یابی کرد.

Keywords:

نیروی اپتیکی , نیروی برخوردی کوانتومی , الگوریتم تفاضل محدود