Spontaani emissio
Spontaani emissio on prosessi, jossa valonlähde kuten atomi, molekyyli, nanokide tai nukleoni palaa viritetyltä energiatilalta johonkin alempaan energiatilaan samalla emittoiden fotonin. Jos virityksen laukeaminen tapahtuu itsestään ilman ulkopuolisen häiriön vaikutusta, kyseessä on spontaani emissio, jolloin fotoneita emittoituu tarkasteltavan aineen atomeista mielivaltaisiin suuntiin [1]
Spontaani emissio on prosessi, joka on tärkeässä roolissa monissa luonnon ilmiöissä ja jolle moni sovellus perustuu, kuten loisteputki, vanhat televisiot (katodisädeputki), plasmanäytöt, laserit ja LEDit.
Johdanto
muokkaaOlkoon atomi aluksi viritetyllä (ylemmällä) energiatasolla . Se voi siirtyä spontaanisti perustasolle emittoiden samalla energiatasojen eroa vastaavan fotonin, jonka energia on siis
, missä h on Planckin vakio ja on taajuus. Spontaanisti emittoituvien fotonien suunnat ja vaiheet ovat satunnaisia. [2].
Kuvassa on esitetty spontaanin emission periaate energiatasojen avulla.
Hajoavan systeemin lyhyt kvanttimekaaninen tarkastelu
muokkaaKvanttimekaanisessa systeemissä, kun huomioidaan systeemin tilan ja sähkömagneettisen kentän välinen vuorovaikutus, vain alin energiatila on stabiili ja muilla tiloilla on äärellinen elinikä . Kuten edellä on esitetty, syntyy viritystilojen purkautuessa valokvantti (fotoni) , jonka energia on yhtä suuri kuin tilojen energiaerotus. Tilan eliniän sijaan puhutaan usein spektriviivan leveydestä . Heisenbergin epätarkkuusperiaate liittää edellä esitetyt suureet toisiinsa seuraavasti
,
missä on tilan elinikä, redusoitu Planckin vakio ja on tilojen energiaerotuksen epämääräisyys, josta siis seuraa spektriviivojen leveneminen.
Olkoon hiukkasten lukumäärä viritystilassa ajan funktiona
ajan dt kuluttua viritystilasta on purkautunut perustilaan dN hiukkasta
jolloin hajoamistodennäköisyydeksi aikayksikössä saadaan
Kvanttimekaniikassa todennäköisyystiheydellä tarkoitetaan todennäköisyyttä löytää hiukkanen viritystilasta . Viritystilan energia ei ole reaalinen vaan siinä on imaginaariosa , missä on luonnollinen viivanleveys spontaanissa emissiossa. Imaginaariosa taas liittyy transition todennäköisyyteen.
Kun systeemin aaltofunktio on muotoa
tällöin todennäköisyystiheys
jolloin saadaan transitiotodennäköisyydeksi aikayksikössä
.
Katso myös
muokkaa
Lähteet
muokkaa- ↑ Jyväskylän yliopiston nanokoulu nanokoulu.jyu.fi. Arkistoitu 3.11.2008. Viitattu 5.2. 2009. fi
- ↑ Määritä nimeke! (pdf) physics.oulu.fi. Arkistoitu 28.3.2007. Viitattu 5.2.2009. fi