Defeito quântico - Quantum defect

O termo defeito quântico refere-se a dois conceitos: perda de energia em lasers e níveis de energia em elementos alcalinos . Ambos lidam com sistemas quânticos onde a matéria interage com a luz.

Na ciência do laser

Na ciência do laser , o termo " defeito quântico " se refere ao fato de que a energia de um fóton da bomba é geralmente maior do que a de um fóton sinal (fóton da radiação de saída). A diferença de energia é perdida para o calor, que pode levar embora o excesso de entropia entregue pela bomba incoerente multimodo.

O defeito quântico de um laser pode ser definido como parte da energia do fóton bombeando, que é perdida (não se transforma em fótons no comprimento de onda do laser) no meio de ganho do laser . Em determinada frequência de bomba e determinada frequência de laser , o defeito quântico . Esse defeito quântico tem dimensão de energia; para a operação eficiente, a temperatura do meio de ganho (medida em unidades de energia) deve ser pequena se comparada ao defeito quântico. ${\ displaystyle ~ \ omega _ {\ rm {p}} ~}$${\ displaystyle ~ \ omega _ {\ rm {s}} ~}$${\ displaystyle ~ q = \ hbar \ omega _ {\ rm {p}} - \ hbar \ omega _ {\ rm {s}} ~}$

Em uma frequência de bomba fixa, quanto maior o defeito quântico, menor é o limite superior da eficiência de energia.

Em átomos hidrogenicos

Em um modelo idealizado de átomo alcalino de Bohr (como o sódio, ilustrado aqui), o único elétron da camada externa fica fora do núcleo iônico e seria esperado que se comportasse como se estivesse no mesmo orbital de um átomo de hidrogênio.

O defeito quântico de um átomo alcalino refere-se a uma correção dos níveis de energia previstos pelo cálculo clássico da função de onda do hidrogênio . Um modelo simples do potencial experimentado pelo único elétron de valência de um átomo alcalino é que o núcleo iônico atua como uma carga pontual com carga efetiva e e as funções de onda são hidrogênicas . No entanto, a estrutura do núcleo iônico altera o potencial em pequenos raios.

O potencial 1 / r no átomo de hidrogênio leva a uma energia de ligação de elétrons dada por

${\ displaystyle E _ {\ text {B}} = - {\ dfrac {Rhc} {n ^ {2}}}}$,

onde R é a constante de Rydberg , h é a constante de Planck, c é a velocidade da luz en é o número quântico principal .

Para átomos alcalinos com pequeno momento angular orbital , a função de onda do elétron de valência não é desprezível no núcleo de íons, onde o potencial de Coulomb blindado com uma carga efetiva de e não descreve mais o potencial. O espectro ainda é bem descrito pela fórmula de Rydberg com um defeito quântico dependente do momento angular, δ _l :

${\ displaystyle E _ {\ text {B}} = - {\ dfrac {Rhc} {(n- \ delta _ {l}) ^ {2}}}}$.

Os maiores deslocamentos ocorrem quando o momento angular orbital é igual a 0 (normalmente rotulado como 's') e estes são mostrados na tabela para os metais alcalinos :

Veja também

• Eficiência quântica externa
• Eficiência quântica de uma célula solar

Referências