箱を小さくすると、光が青くなる
「量子物理学入門」のレッスン 6 / 10・約6分
電子を小さな箱に閉じ込めると、取れるエネルギーが飛び飛びになり、箱の大きさで光の色が変わります。ネオンの色と量子ドットの仕組みが分かります。
このレッスンで学ぶこと
- 閉じ込めがエネルギーを飛び飛びにし、光の色を決める
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用語
- 光子（Photon）
- 光を作る粒。1粒のエネルギーは色で決まり、赤は小さく青や紫ほど大きくなります。
- 定常波（Standing wave）
- 両端が固定された場所に収まり形を保つ波。ふくらみの数は1つ、2つ、3つと整数に限られます。
- 量子化（Quantization）
- 値が坂ではなく階段のように飛び飛びになること。
- 量子ドット（Quantum dot）
- 電子を閉じ込めるナノサイズの結晶粒。同じ材料でも大きさで光の色が変わります。
- スペクトル線（Spectral line）
- 気体を光らせたときに出る、元素ごとの細い光の線。元素の指紋として使えます。
- 不確定性原理（Uncertainty principle）
- 位置を狭く絞るほど、勢い、つまり運動量のばらつきが大きくなるという波の性質です。
- 零点エネルギー（Zero-point energy）
- 閉じ込められた粒に必ず残る最下段のエネルギー。どうやっても0にはできません。
- E \propto \frac{1}{L^2}（Energy in a box scales as one over the width squared）
- 箱に閉じ込めた粒のエネルギーは、箱の幅の2乗に反比例する。 - $E$ … 段のエネルギー - $L$ … 箱の幅 - 記号「∝」 … 比例する