ANALISIS KUANTUM PADA RANGKAIAN LC DENGAN PENDEKATAN FUNGSI GELOMBANG RADIAL PERSAMAN SCHRȌDINGER POTENSIAL OSILATOR HARMONIK
Muhammad Nurul Huda
Abstract
ABSTRACT \nTheoretical analysis about LC circuit with very tiny capacitor and inductor, i.e very \nsmall value of capacitance and inductance (10-18 order), have been done. In \nnanotechnology period, Integrated Circuit (IC) must be undergo reduction in \ndimension significantly so that the transistor, capacitor, and inductor dimensions \nwill soon approach atomic scale. This theoretical analysis is based from a \nhypothesis that not only electromagnetic energy stored in LC circuit is quantized in \nphoton, but also the LC circuit with that capacitor and inductor have a set of \nprobabilistic phenomena which represent by quantum mechanics wavefunction. LC \ncircuit show oscillation of electric current as well as charge in capacitor, so that LC \ncircuit is consider as quantum harmonic oscillator. Central potentials in three \ndimensions as the realistic potential have been choosen so that the Schrȍdinger \nEquation with harmonic oscillator potential have been written in spherical \ncoordinate and solved by variable separation such that the second order differential \nequation for radial part and angular part are obtained with radial wavefunction and \nangular wavefunction as the solution, respectively. Harmonic oscillator energy \nequation has the same form as electromagnetic energy in LC circuit equation so that \nsome variable and observable operator in harmonic oscillator energy equation can \nbe analogous to electromagnetic energy in LC circuit. The analogy is used when \nthe variable in radial wavefunction is subtituted to get the LC circuit wavefunction. \nVisualization of LC circuit wavefunction for the six lowest energy level tell the \nprobability density distribution and maximum probability to get inductance for \ncertain charge in capacitor, varies with energy levels and orbital quantum number. \nKeywords: LC Circuit, harmonic oscillator, Schrödinger equation, probability \ndensity, probability density distribution, maximum probability, \ninductance, charge in capacitor \nINTISARI \nTelah dilakukan analisis teoritik pada rangkaian LC dengan kapasitor dan induktor \npenyusunnya memiliki ukuran (dimensi) yang sangat kecil, yaitu dengan \nkapasitansi dan induktansi rangkaian yang memiliki nilai yang sangat kecil (berorde \n10-18 satuan). Era nanoteknologi mengharuskan ukuran IC (Integrated Circuit) \nmengalami reduksi secara signifikan, sehingga meniscayakan ukuran komponen \npenyusunnya, seperti transistor, kapasitor dan induktor juga akan mengalami \nreduksi ukuran secara signifikan hingga menuju skala atomik. Analisis secara \nteoritik ini dilakukan atas dasar hipotesis bahwa tidak hanya energi elektromagnetik \nyang tersimpan dalam rangkaian LC terkuantisasi dalam bentuk foton, namun \nrangkaian LC yang disusun dari kapasitor dan induktor berukuran atomik juga akan \nmenampakkan sekumpulan fenomena probabilistik yang direpresentasi oleh fungsi \ngelombang dalam mekanika kuantum. Rangkaian LC memperlihatkan fenomena \nosilasi arus listrik rangkaian dan muatan kapasitor, sehingga rangkaian LC \ndianalogikan sebagai osilator harmonik kuantum. Pemilihan potensial sentral tiga \ndimensi sebagai potensial osilator harmonik yang realistik meniscayakan \npersamaan Schrȍdinger potensial osilator harmonik dinyatakan menggunakan \nsistem koordinat bola dan mengalami separasi variabel sedemikian rupa sehingga \ndiperoleh persamaan differensial orde dua bagian radial dan bagian angular dengan \nsolusi masing-masing adalah fungsi gelombang radial dan fungsi gelombang \nangular. Persamaan energi osilator harmonik memiliki bentuk serupa dengan \npersamaan energi elektromagnetik rangkaian LC, sehingga sejumlah variabel dan \nobservable operator dari persamaan energi osilator harmonik dapat dianalogikan \ndengan sejumlah variabel dan observable operator dari persamaan energi \nelektromagnetik rangkaian LC. Analogi tersebut digunakan ketika melakukan \nsubstitusi variabel pada fungsi gelombang radial persamaan Schrȍdinger potensial \nosilator harmonik menjadi fungsi gelombang rangkaian LC. Hasil visualisasi fungsi \ngelombang rangkaian LC untuk enam level energi terendahnya menggambarkan \nsebaran rapat probabilitas dan probabilitas terbesar terjadinya induktansi pada \nkondisi tertentu muatan kapasitor, yang bervariasi seiring dengan variasi level \nenergi dan bilangan kuantum orbital. \nKata kunci: Rangkaian LC, osilator harmonik, persamaan Schrödinger, rapat \npeluang, sebaran rapat peluang, peluang terbesar, induktansi, muatan \nkapasitor