周期ポテンシャル中電子波のBragg反射とBloch振動
ICHINOSE, Ryoji, Teruaki Minagawa
Abstract
1次元の周期ポテンシャル中を進む電子波のBragg反射とBloch振動の様子を, 時間に依存する1次元シュレディンガー方程式を数値的に解くことによって調べた。電子波をGauss型波束と台形波束とに近似して, 波束の実空間と波数空間における運動を, 計算機画面上で観察した。多色波に相当するGauss型波束と単色波に相当する台形波束がBragg反射する時の様子とその差異が, 鮮明に観測された。観測結果を, 電子のエネルギーバンド構造を用いて考察した。周期ポテンシャル中を進む台形波束に, 外部から一定の電圧をかけて, 波束がBloch振動する時の様子を観測した。電圧の大きさ, 格子間隔の長さ, 入射波数の大きさ, 周期ポテンシャルの高さを変化させた時の, 波束のBloch振動の特徴が鮮明に観測された。観測結果を, 外部電圧が加わった場合のエネルギーバンド構造を用いて考察した。|Behaviors of the Bragg reflection and the Bloch vibration of a wave packet of an electron which is propagating in one-dimensional periodic potentials were investigated by numerically solving the time-dependent Schrödinger equation of one dimension. Motions of a wave packet in real space and in wave-number space were observed on the screen of a personal computer, where we used a Gaussian wave-packet and a trapezoid one. We clearly observed the behaviors of the Bragg reflections of a Gaussian wave-packet which corresponds to a wave with a variety of colors and a trapezoid wave-packet which corresponds to a single-color wave. The results of the observation were understood by using the energy-band structure of an electron in a periodic potential. We loaded a constant electric-field on a trapezoid wave-packet which is propagating in a periodic potential, and observed the motion of the wave packet. Characteristics of the Bloch vibration of the wave packet were sharply demonstrated when we changed the magnitude of an electric field, the lattice distance, the magnitude of an incident wave-number and the height of the periodic potential.