Kvantointitasojen

Kvantointitasot ovat energiatiloja, joita kvanttimekaniikassa sidotut järjestelmät voivat omistaa. Jokaisella tilalla on oma energia-arvonsa ja siihen liittyvä staattinen tila, jota kuvataan Hamiltonian eigenfunktiona H psi_n = E_n psi_n. Tila on siten laba, eikä järjestelmä voi omistaa määrättömän monia energia-arvoja; energiat ovat diskreettejä, toisin kuin monissa klassisen mekaniikan tilanteissa.

Kvantointitasojen synty johtuu potentiaalin rajoitteista ja boundary conditions -olosuhteista, jotka määräävät, millaiset ratkaisut Schrödingerin yhtälölle ovat mahdollisia. Esimerkkinä on vetyatomi, jonka energiat riippuvat pääkvanttiluvusta n ja seuraavista kvanttiluvusta l sekä mahdollisesti s, j ja m_j atomin elektronin sisätilojen tarkkuudesta. Hydrogenin diskreetit tasot n määrittelee energiatasojen E_n = -13,6 eV / n^2. Monien elektronien järjestelmissä energiat riippuvat useammista kvanttiluvuista ja esiintyy degeneraatioita.

Kvantointitasojen vaikutus näkyy erityisesti spectroskopiassa: elektronin siirtyessä tilasta toiseen emittoitu tai absorboitu fotoni vastaa energian erot ΔE = E_m − E_n ja näkyy lineaarina spektrissä. Sääntöjä määräyvät valosähköiset valintasäännöt, kuten Δl = ±1 ja Δm = 0, ±1.

Kvantointitasoja esiintyy myös molekyyleissä (vibrational ja rotational tilat) sekä nanorakenteissa kuten kvanttiputkissa ja kvanttipisteissä. Käytännössä ne hallitsevat materiaalien optisia ominaisuuksia, sähköinfrastruktuurin kvantti-ilmiöitä ja moderneja sovelluksia kuten lasereita, puolijohdesovelluksia sekä kvanttitietokoneita.