El término defecto cuántico se refiere a dos conceptos: pérdida de energía en láseres y niveles de energía en elementos alcalinos . Ambos tratan de sistemas cuánticos donde la materia interactúa con la luz.
En ciencia láser
En la ciencia del láser , el término " defecto cuántico " se refiere al hecho de que la energía de un fotón de bombeo es generalmente más alta que la de un fotón de señal (fotón de la radiación de salida). La diferencia de energía se pierde en calor, que puede llevarse el exceso de entropía entregado por la bomba incoherente multimodo.
El defecto cuántico de un láser se puede definir como parte de la energía del fotón de bombeo, que se pierde (no se convierte en fotones en la longitud de onda láser) en el medio de ganancia en el láser . [1] Con una frecuencia determinadade bomba y frecuencia dadade láser , el defecto cuántico. Tal defecto cuántico tiene dimensión de energía; para un funcionamiento eficiente, la temperatura del medio de ganancia (medida en unidades de energía) debe ser pequeña en comparación con el defecto cuántico.
A una frecuencia de bombeo fija, cuanto mayor es el defecto cuántico, menor es el límite superior de la eficiencia energética.
En átomos hidrógenos
El defecto cuántico de un átomo alcalino se refiere a una corrección de los niveles de energía predichos por el cálculo clásico de la función de onda del hidrógeno . Un modelo simple del potencial experimentado por un solo electrón de valencia de un átomo alcalino es que el núcleo iónico actúa como una carga puntual con carga efectiva e y las funciones de onda son hidrógenas . Sin embargo, la estructura del núcleo iónico altera el potencial en radios pequeños. [2]
El potencial 1 / r en el átomo de hidrógeno conduce a una energía de enlace de electrones dada por
- ,
donde R es la constante de Rydberg , h es la constante de Planck, c es la velocidad de la luz y n es el número cuántico principal .
Para los átomos alcalinos con un momento angular orbital pequeño , la función de onda del electrón de valencia no es despreciable en el núcleo del ión, donde el potencial de Coulomb filtrado con una carga efectiva de e ya no describe el potencial. El espectro todavía se describe bien mediante la fórmula de Rydberg con un defecto cuántico dependiente del momento angular, δ l :
- .
Los cambios más grandes ocurren cuando el momento angular orbital es igual a 0 (normalmente etiquetado como 's') y estos se muestran en la tabla para los metales alcalinos : [3]
Elemento | Configuración | n-δ s | δ s |
---|---|---|---|
Li | 2 s | 1,59 | 0,41 |
N / A | 3 s | 1,63 | 1,37 |
K | 4s | 1,77 | 2.23 |
Rb | 5 s | 1,81 | 3,19 |
Cs | 6 s | 1,87 | 4.13 |
Ver también
Referencias
- ^ TYFan (1993). "Generación de calor en Nd: YAG e Yb: YAG". Revista IEEE de Electrónica Cuántica . 29 (6): 1457–1459. Código bibliográfico : 1993IJQE ... 29.1457F . doi : 10.1109 / 3.234394 .
- ^ http://www.phy.davidson.edu/StuHome/joesten/IntLab/final/rydberg.htm , Rydberg Atoms and the Quantum Defect en el sitio de Davidson College , Departamento de Física
- ^ CJFoot, Física atómica, Oxford University Press, ISBN 978-0-19-850695-9