BIA - IFPI Campus Parnaíba Licenciatura Licenciatura em Física - Parnaíba
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Tipo: Trabalho de Conclusão de Curso
Título: Estudo de sistemas quânticos unidimensionais usando o método da matriz de transferência: uma abordagem usando Python
Título(s) alternativo(s): Study of one-dimensional quantum systems using the transfer matrix method: an approach using Python
Autor: Costa, Tiago da Silva
Orientador(a): Sousa Júnior, Itamar Vieira de
Resumo: O desenvolvimento científico e tecnológico de uma sociedade está intimamente relacionado com a compreensão de conceitos fundamentais de áreas essenciais do conhecimento. As propriedades peculiares de transmissão de elétrons em barreiras de potencial elétrico no contexto da Mecânica Quântica, por exemplo, serviu como base para desenvolvimento de diversos dispositivos baseados em heteroestruturas compostas de semicondutores. Além disso, múltiplos poços quânticos e super-redes também tem se tornado estruturas im portantes e atraentes para aplicações em dispositivos ópticos e eletrônicos. Diferentes abordagens teóricas tem emergido para modelar tais estruturas. A técnica da matriz de transferência, por exemplo, é um método útil e acessível para estudar uma varie dade de sistemas quânticos unidimensionais que são baseadas em sistemas de múltiplas barreiras e poços. Além do escopo da Física da Matéria Condensada, sistemas físicos em diversas outras áreas tais como Mecânica Estatística e Óptica também se utilizam desse poderoso e compacto formalismo. A metodologia empregada nesse trabalho será baseada no desenvolvimento, de forma analítica, da matriz de transferência de um sistema multi-barreiras retangulares dentro do contexto da mecânica quântica não-relativística, usando equação de Schrödinger. As soluções para um número arbitrário de barreiras simétricas serão generalizadas e implementadas na linguagem de programação Python, com códigos computacionais disponibilizados de forma didática e detalhada. Os resultados analisados partem da estrutura de barreira simples, que é amplamente estudada nos cursos de Introdução à Física Moderna, até um sistema de barreiras infinitas (super-redes) onde as propriedades de transmissão e espectro de energia são analisados. Esperamos que este material possa ser útil como ponto de partida para que estudantes possam ampliar seus conhecimentos à respeito das propriedades desses tipos de sistemas quânticos e abrir portas para novos estudos
Abstract: The scientific and technological development of a society is closely related to the under standing of fundamental concepts of essential areas of knowledge. The peculiar properties of electron transmission in electric potential barriers in the context of Quantum Mechanics, for example, served as the basis for developing several devices based on heterostructures composed of semiconductors. Furthermore, multiple quantum wells and superlattices have also become important and attractive structures for applications in optical and electronic devices. Different theoretical approaches have emerged to model such structures. The transfer matrix technique, for example, is a useful and affordable method for studying a variety of one-dimensional quantum systems that are based on multiple barriers and well systems. In addition to the scope of Condensed Matter Physics, physical systems in several other areas, such as Statistical Mechanics and Optics, also use this powerful and compact formalism. The methodology used in this work will be based on the analytical development of the transfer matrix of a rectangular multi-barrier system within the context of non-relativistic quantum mechanics, using Schrödinger’s equation. The solutions for an arbitrary number of symmetric barriers will be generalized and implemented in the Python programming language, with computational codes made available in a didactic and detailed way. The analyzed results start from the simple barrier structure, which is widely studied in Introduction to Modern Physics courses, to a system of infinite barriers (superlattices) where the transmission properties and energy spectrum are analyzed. We hope this material can be useful as a starting point for students to expand their knowledge about the properties of these quantum systems and open doors to new studies
Palavras-chave: Física moderna
Sistemas quânticos unidimensionais
Python
Cnpq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA
metadata.dc.language: por
País: Brasil
Editor: Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Piauí
Sigla: IFPI
Unidade: Campus Parnaíba
Citação: COSTA, Tiago da Silva. Estudos de sistemas quânticos unidimensionais usando o método da matriz de transferência: uma abordagem usando Python. 2023. 72 f. TCC (Licenciatura em Física) - IFPI - Campus Parnaíba, Parnaíba, 2023.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: https://bia.ifpi.edu.br/jspui/handle/123456789/1696
Data do documento: 2023
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