
【化】 bound state
束缚态(Bound State)是量子力学中描述粒子受限于势能场无法自由运动的状态。其英文对应词为"bound state",定义为粒子总能量低于势垒高度时,被限制在有限空间范围内的量子化能级系统。该概念最早由薛定谔在1926年提出,通过求解定态薛定谔方程得到:
$$ -frac{hbar}{2m} ablapsi + V(r)psi = Epsi $$
当势能项$V(r)$形成有效势阱时,方程会解出离散的能量本征值,对应粒子的稳定束缚状态。典型实例包括:
实验验证可通过扫描隧道显微镜观测量子围栏中的电子驻波,或通过X射线吸收谱测量材料中的束缚激子态。该概念在解释原子稳定性、超导体能隙形成等基础物理现象中具有关键作用。
束缚态是量子力学中的核心概念,指粒子被限制在有限空间内的状态,具有以下特点:
束缚态指粒子在势场(如势阱)中被限制的状态,其波函数在无穷远处趋于零。例如原子中的电子受原子核束缚,无法逃离原子范围。数学上可表示为当位置坐标$x$趋近于无穷大时,波函数$psi(x) to 0$。
束缚态的能级是离散的,表现为量子化的能量值。例如氢原子中的电子能级是分立的。这与经典物理中能量连续变化不同,体现了量子系统的特性。
束缚态是定态的一种,但定态还包含非束缚情况(如自由粒子)。定态通过薛定谔方程求解,具有确定的能量和稳定的概率分布。
束缚态满足定态薛定谔方程: $$ -frac{hbar}{2m} ablapsi + V(mathbf{r})psi = Epsi $$ 其中$V(mathbf{r})$为势场,$E$为分立能级。
在原子物理、凝聚态等领域广泛应用,例如解释原子稳定性、半导体能带结构等。
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