Défaut quantique - Quantum defect

Le terme défaut quantique fait référence à deux concepts: la perte d'énergie dans les lasers et les niveaux d'énergie dans les éléments alcalins . Les deux traitent de systèmes quantiques où la matière interagit avec la lumière.

En science laser

En science laser , le terme « défaut quantique » fait référence au fait que l'énergie d'un photon de pompe est généralement supérieure à celle d'un photon de signal (photon du rayonnement de sortie). La différence d'énergie est perdue en chaleur, ce qui peut emporter l'excès d' entropie délivré par la pompe incohérente multimode.

Le défaut quantique d'un laser peut être défini comme faisant partie de l'énergie du photon de pompage, qui est perdue (non transformée en photons à la longueur d'onde laser) dans le milieu de gain au niveau du laser . A fréquence de pompe et fréquence d' émission laser données , le défaut quantique . Un tel défaut quantique a une dimension d'énergie; pour un fonctionnement efficace, la température du milieu de gain (mesurée en unités d'énergie) doit être faible par rapport au défaut quantique. ${\ displaystyle ~ \ omega _ {\ rm {p}} ~}$${\ displaystyle ~ \ omega _ {\ rm {s}} ~}$${\ displaystyle ~ q = \ hbar \ omega _ {\ rm {p}} - \ hbar \ omega _ {\ rm {s}} ~}$

À une fréquence de pompe fixe, plus le défaut quantique est élevé, plus la limite supérieure de l'efficacité énergétique est inférieure.

Dans les atomes d'hydrogène

Dans un atome alcalin modèle de Bohr idéalisé (tel que le sodium, illustré ici), l'électron unique de la coque externe reste à l'extérieur du noyau ionique et il devrait se comporter comme s'il se trouvait dans la même orbitale d'un atome d'hydrogène.

Le défaut quantique d'un atome alcalin fait référence à une correction des niveaux d'énergie prédits par le calcul classique de la fonction d'onde d'hydrogène . Un modèle simple du potentiel éprouvé par l'électron de valence unique d'un atome alcalin est que le noyau ionique agit comme une charge ponctuelle avec une charge efficace e et les fonctions d'onde sont hydrogéniques . Cependant, la structure du noyau ionique modifie le potentiel à de petits rayons.

Le potentiel 1 / r dans l' atome d'hydrogène conduit à une énergie de liaison électronique donnée par

${\ displaystyle E _ {\ text {B}} = - {\ dfrac {Rhc} {n ^ {2}}}}$,

où R est la constante de Rydberg , h est la constante de Planck, c est la vitesse de la lumière et n est le nombre quantique principal .

Pour les atomes alcalins à petit moment angulaire orbital , la fonction d' onde de l'électron de valence est non négligeable dans le noyau ionique où le potentiel de Coulomb blindé avec une charge effective de e ne décrit plus le potentiel. Le spectre est toujours bien décrit par la formule de Rydberg avec un défaut quantique dépendant du moment angulaire, δ _l :

${\ displaystyle E _ {\ text {B}} = - {\ dfrac {Rhc} {(n- \ delta _ {l}) ^ {2}}}}$.

Les décalages les plus importants se produisent lorsque le moment cinétique orbital est égal à 0 (normalement étiqueté `` s '') et ceux-ci sont indiqués dans le tableau pour les métaux alcalins :

Voir également

• Efficacité quantique externe
• Efficacité quantique d'une cellule solaire

Références