多次元レーザー分光で探る凝縮分子系の超高速動力学

Similar documents
Microsoft PowerPoint - H21生物計算化学2.ppt

解析力学B - 第11回: 正準変換

物性基礎

PowerPoint Presentation

Microsoft Word - kogi10ex_main.docx

パソコンシミュレータの現状

Microsoft PowerPoint - 卒業論文 pptx

電気電子工学CH-2_1017_v2済

ハートレー近似(Hartree aproximation)

Microsoft Word - thesis.doc

Microsoft Word - note02.doc

Microsoft Word - 1-4Wd

1/17 平成 29 年 3 月 25 日 ( 土 ) 午前 11 時 1 分量子力学とクライン ゴルドン方程式 ( 学部 3 年次秋学期向 ) 量子力学とクライン ゴルドン方程式 素粒子の満たす場 y ( x,t) の運動方程式 : クライン ゴルドン方程式 : æ 3 ö ç å è m= 0

Microsoft Word - 素粒子物理学I.doc

スライド タイトルなし

Microsoft PowerPoint - 複素数.pptx

Microsoft PowerPoint - 第2回半導体工学

多次元レーザー分光で探る凝縮分子系の超高速動力学

Chap2.key

Microsoft PowerPoint - 物情数学C(2012)(フーリエ前半)_up

スライド 1

数値計算で学ぶ物理学 4 放物運動と惑星運動 地上のように下向きに重力がはたらいているような場においては 物体を投げると放物運動をする 一方 中心星のまわりの重力場中では 惑星は 円 だ円 放物線または双曲線を描きながら運動する ここでは 放物運動と惑星運動を 運動方程式を導出したうえで 数値シミュ

Microsoft Word - 5章摂動法.doc

<4D F736F F D FCD B90DB93AE96402E646F63>

Microsoft PowerPoint - CSA_B3_EX2.pptx

テンソル ( その ) テンソル ( その ) スカラー ( 階のテンソル ) スカラー ( 階のテンソル ) 階数 ベクトル ( 階のテンソル ) ベクトル ( 階のテンソル ) 行列表現 シンボリック表現 [ ]

Microsoft PowerPoint - 10.pptx

Microsoft PowerPoint - 11JUN03

ハートリー・フォック(HF)法とは?

vecrot

1/30 平成 29 年 3 月 24 日 ( 金 ) 午前 11 時 25 分第三章フェルミ量子場 : スピノール場 ( 次元あり ) 第三章フェルミ量子場 : スピノール場 フェルミ型 ボーズ量子場のエネルギーは 第二章ボーズ量子場 : スカラー場 の (2.18) より ˆ dp 1 1 =

Microsoft PowerPoint - qcomp.ppt [互換モード]

プランクの公式と量子化

ベクトル公式.rtf

Microsoft PowerPoint - ロボットの運動学forUpload'C5Q [互換モード]

3 数値解の特性 3.1 CFL 条件 を 前の章では 波動方程式 f x= x0 = f x= x0 t f c x f =0 [1] c f 0 x= x 0 x 0 f x= x0 x 2 x 2 t [2] のように差分化して数値解を求めた ここでは このようにして得られた数値解の性質を 考

ニュートン重力理論.pptx

Microsoft Word ã‡»ã…«ã‡ªã…¼ã…‹ã…žã…‹ã…³ã†¨åłºæœ›å•¤(佒芤喋çfl�)

代数 幾何 < ベクトル > 1 ベクトルの演算 和 差 実数倍については 文字の計算と同様 2 ベクトルの成分表示 平面ベクトル : a x e y e x, ) ( 1 y1 空間ベクトル : a x e y e z e x, y, ) ( 1 1 z1

スライド タイトルなし

Microsoft Word - Chap17

H AB φ A,1s (r r A )Hφ B,1s (r r B )dr (9) S AB φ A,1s (r r A )φ B,1s (r r B )dr (10) とした (S AA = S BB = 1). なお,H ij は共鳴積分 (resonance integra),s ij は重

<4D F736F F D20824F B CC92E8979D814696CA90CF95AA82C691CC90CF95AA2E646F63>

物性物理学I_2.pptx

三重大学工学部

Information is physical. Rolf Landauer It from bit. John Wheeler I think there is a world market for maybe five computers. Thomas Watson

Microsoft PowerPoint - H22制御工学I-2回.ppt

Microsoft PowerPoint - DigitalMedia2_3b.pptx

Microsoft Word - 量子化学概論v1c.doc

第9章

補足 中学で学習したフレミング左手の法則 ( 電 磁 力 ) と関連付けると覚えやすい 電磁力は電流と磁界の外積で表される 力 F 磁 電磁力 F li 右ねじの回転の向き電 li ( l は導線の長さ ) 補足 有向線分とベクトル有向線分 : 矢印の位

数学 t t t t t 加法定理 t t t 倍角公式加法定理で α=β と置く. 三角関数

"éı”ç·ıå½¢ 微勃挹稉弑

Microsoft Word - Chap11

Microsoft PowerPoint - 10.pptx

<4D F736F F F696E74202D20906C8D488AC28BAB90DD8C7689F090CD8D488A D91E F1>

DVIOUT-SS_Ma

交流 のための三角関数 1. 次の変数 t についての関数を微分しなさい ただし A および ω は定数とする 1 f(t) = sin t 2 f(t) = A sin t 3 f(t) = A sinωt 4 f(t) = A cosωt 2. 次の変数 t についての関数を積分しなさい ただし

Microsoft PowerPoint - 第3回2.ppt

Microsoft Word

1/17 第 13 章電子とディラック方程式 第 13 章電子とディラック方程式 Ⅰ. 量子力学と素粒子の運動方程式 素粒子は 寿命を持ち光速近くで運動するので ミュー中間子という素粒子を 用いて 第 4 章時間の遅れと長さの収縮 -Ⅲ. 素粒子の寿命の伸びで時間の 遅れの検証に持ちいた このミュウ

計算機シミュレーション

数学 ⅡB < 公理 > 公理を論拠に定義を用いて定理を証明する 1 大小関係の公理 順序 (a > b, a = b, a > b 1 つ成立 a > b, b > c a > c 成立 ) 順序と演算 (a > b a + c > b + c (a > b, c > 0 ac > bc) 2 図

ベクトルの基礎.rtf

板バネの元は固定にします x[0] は常に0です : > x[0]:=t->0; (1.2) 初期値の設定をします 以降 for 文処理のため 空集合を生成しておきます : > init:={}: 30 番目 ( 端 ) 以外については 初期高さおよび初速は全て 0 にします 初期高さを x[j]

木村の物理小ネタ ケプラーの第 2 法則と角運動量保存則 A. 面積速度面積速度とは平面内に定点 O と動点 P があるとき, 定点 O と動点 P を結ぶ線分 OP( 動径 OP という) が単位時間に描く面積を 動点 P の定点 O に

Microsoft PowerPoint - 9.pptx

: (a) ( ) A (b) B ( ) A B 11.: (a) x,y (b) r,θ (c) A (x) V A B (x + dx) ( ) ( 11.(a)) dv dt = 0 (11.6) r= θ =

<4D F736F F D20824F E B82CC90FC90CF95AA2E646F63>

Chap2

2018/6/12 表面の電子状態 表面に局在する電子状態 表面電子状態表面準位 1. ショックレー状態 ( 準位 ) 2. タム状態 ( 準位 ) 3. 鏡像状態 ( 準位 ) 4. 表面バンドのナローイング 5. 吸着子の状態密度 鏡像力によるポテンシャル 表面からzの位置の電子に働く力とポテン

1/17 平成 29 年 3 月 25 日 ( 土 ) 午前 11 時 37 分第 7 章 : 量子力学とディラック方程式 ( 学部 4 年次向 ) 第 7 章量子力学とディラック方程式 Ⅰ. クライン ゴルドン方程式の完全平方化 素粒子場 : y ( x,t ) の従うクライン ゴルドン方程式は

1/10 平成 29 年 3 月 24 日午後 1 時 37 分第 5 章ローレンツ変換と回転 第 5 章ローレンツ変換と回転 Ⅰ. 回転 第 3 章光速度不変の原理とローレンツ変換 では 時間の遅れをローレンツ変換 ct 移動 v相対 v相対 ct - x x - ct = c, x c 2 移動

( 全体 ) 年 1 月 8 日,2017/1/8 戸田昭彦 ( 参考 1G) 温度計の種類 1 次温度計 : 熱力学温度そのものの測定が可能な温度計 どれも熱エネルギー k B T を

平面波

物性物理学I_2.pptx

第 4 週コンボリューションその 2, 正弦波による分解 教科書 p. 16~ 目標コンボリューションの演習. 正弦波による信号の分解の考え方の理解. 正弦波の複素表現を学ぶ. 演習問題 問 1. 以下の図にならって,1 と 2 の δ 関数を図示せよ δ (t) 2

PowerPoint プレゼンテーション

以下 変数の上のドットは時間に関する微分を表わしている (ex. 2 dx d x x, x 2 dt dt ) 付録 E 非線形微分方程式の平衡点の安定性解析 E-1) 非線形方程式の線形近似特に言及してこなかったが これまでは線形微分方程式 ( x や x, x などがすべて 1 次で なおかつ

2018年度 東京大・理系数学

Microsoft PowerPoint - 計測工学第7回.pptx

2 図微小要素の流体の流入出 方向の断面の流体の流入出の収支断面 Ⅰ から微小要素に流入出する流体の流量 Q 断面 Ⅰ は 以下のように定式化できる Q 断面 Ⅰ 流量 密度 流速 断面 Ⅰ の面積 微小要素の断面 Ⅰ から だけ移動した断面 Ⅱ を流入出する流体の流量 Q 断面 Ⅱ は以下のように

Microsoft PowerPoint - 9.pptx

s ss s ss = ε = = s ss s (3) と表される s の要素における s s = κ = κ, =,, (4) jωε jω s は複素比誘電率に相当する物理量であり ここで PML 媒質定数を次のように定義する すなわち κξ をPML 媒質の等価比誘電率 ξ をPML 媒質の

<4D F736F F F696E74202D D488A778AEE B4F93B982CC8AEE A2E707074>

<4D F736F F D20824F B834E835882CC92E8979D814690FC90CF95AA82C696CA90CF95AA2E646F63>

Matrix and summation convention Kronecker delta δ ij 1 = 0 ( i = j) ( i j) permutation symbol e ijk = (even permutation) (odd permutation) (othe

物性物理学 I( 平山 ) 補足資料 No.6 ( 量子ポイントコンタクト ) 右図のように 2つ物質が非常に小さな接点を介して接触している状況を考えましょう 物質中の電子の平均自由行程に比べて 接点のサイズが非常に小さな場合 この接点を量子ポイントコンタクトと呼ぶことがあります この系で左右の2つ

Microsoft PowerPoint - H22制御工学I-10回.ppt

線形代数とは

OCW-iダランベールの原理

τ-→K-π-π+ν τ崩壊における CP対称性の破れの探索

ଗȨɍɫȮĘർǻ 図 : a)3 次元自由粒子の波数空間におけるエネルギー固有値の分布の様子 b) マクロなサイズの系 L ) における W E) と ΩE) の対応 として与えられる 周期境界条件を満たす波数 kn は kn = πn, L n = 0, ±, ±, 7) となる 長さ L の有限

Microsoft Word - H26mse-bese-exp_no1.docx

SPring-8ワークショップ_リガク伊藤

応用数学Ⅱ 偏微分方程式(2) 波動方程式(12/13)

領域シンポ発表

航空機の運動方程式

反射係数

偏微分方程式、連立1次方程式、乱数

Transcription:

波動方程式と量子力学 谷村吉隆 京都大学理学研究科化学専攻 http:theochem.kuchem.kyoto-u.ac.jp TA: 岩元佑樹 iwamoto.y@kuchem.kyoto-u.ac.jp

ベクトルと行列の作法 A 列ベクトル c = c c 行ベクトル A = [ c c c ] 転置ベクトル T A = [ c c c ] AA 内積 c AA = [ c c c ] c = cc + cc + cc c 自分自身の内積は大きさの二乗 T AA c = [ c c c ] c = cc + cc + cc c

ベクトルの内積と直交性 = 単位ベクトル = = 転置ベクトル T = [ ] T = [ ] T = [ ] AA 内積がゼロ ( 直交性 ) T = [ ] = T = [ ] = 任意のベクトルは単位 ( 直交 ) ベクトルで表される A = c + c + c

行列 ( ベクトルの変換 ) 列ベクトル例 :z 軸での回転 A c = c c Z cos sin sin cos cos sin c ccos csin A ZA sin cos c c sin c cos c c ベクトルの任意の変換は行列をかけることで実行される ( 大きさが保存されないものも含む )

座標系も行列で変換される = 単位ベクトル = = Z 例 :z 軸での回転 cos sin sin cos cos sin cos sin cos sin cos sin sin sin cos cos

座標系をうまく選ぶと記述が簡単化 A 列ベクトル c () t = c () t c () t ベクトル A 上に座標を移す変換があったとする a b c X d e f g h i ここで これにより f () t A = f() t = c () t + c () t + c () t 新しい単位座標のベクトルを古い座標で表すと a = d g b = e h c = f i 同じベクトルでも座標系の選び方で表記が簡単 A = c () t + c () t + c () t A = f() t

固有ベクトル系は直交座標系を形成 A = α n 番目の固有ベクトル固有値 α α α 固有ベクトル n 番目の固有値 n n n 大きさは規格化する N c n j n 直交性 T n m = n = n c c c c c c c j j j c j c j j =, =, = c j j c j j c j c j+ j+ c j+ j+ c j+ j cn N cn N cn m m j + N

固有値と固有ベクトル a a a a a a a a A = = = A α α α = = = 新しい基底 ( 元に基底での表現は前頁参照 ) 元の基底変換行列固有ベクトルを基底に選んだ行列 ( 対角成分に対応する基底の固有値 )

固有ベクトルでの展開 N () t = fn() t n= n 運動方程式を解く時 異なる時間依存性を持つ成分を分離して記述できる ( 例 : 分子の振動モード ) A = c() t + c() t + c() t A = f() t 特に各固有ベクトルに対する時間依存性が同じ場合は 時間発展の描写が劇的に簡単化できる ( 多くの運動は 実際 そのような状況 )

4 4 q ニュートン方程式 m d q dt = F( q) 古典力学 U(q) (cm - ) ( エネルギーや運動量の保存則が含まれる ) p q Uq ( ) = q = p 力はポテンシャルの微分 位置 q と運動量 p で記述

4 4 q ニュートン方程式 m d q dt = F( q) 古典力学 U(q) (cm - ) ( エネルギーや運動量の保存則が含まれる ) p q Uq ( ) = q = p 力はポテンシャルの微分 位置 q と運動量 p で記述

正準形式の古典力学 ハミルトニアン ( ニュートン方程式の源 ) p H ( p, q) = + U( q) m 運動エネルギー (p: 一般化された運動量 ) ポテンシャルエネルギー (q: 一般化された座標 ) W. R. Hamilton (85 865) アイルランド ダブリン生まれのイギリスの数学者 物理学者 ( トリニティ大学卒 ) ニュートンの運動方程式はハミルトニアンからも導かれる ( 物理法則として根源的?) p q H ( p, q) = q H ( p, q) = p ( 正準方程式 )

量子力学 波動関数 ( 位置と運動量で直接記述しない ) Ψ (,) qt : 波動関数 物理現象は波動関数と呼ばれる複素数で定義された統計分布関数で記述される Pqt (,) = Ψ (,) qt : 分布関数

波動関数 ( 波動ぽい確率分布関数 ) Pqt (,) = Ψ( qt,) 古典的粒子 フィルム 量子力学的粒子 フィルム

確率波と波の違い 物質波 : 素粒子は粒子性と波動性を持つ ( 微小領域では力学と異なる物理法則 ) 電子 : 干渉性 ( 波動性 ) 光子 : 光電効果 ( 粒子性 ) 物質波といっても粒子は点であって広がっているわけではない ( 波動関数は確率分布を記述する関数 ) 量子力学的現象は確率論的 ( 不確定性関係 決定論的ではない ) 位置の他に位相の情報を持っている ( 複素関数の形式で書かれる )

シュレディンガー方程式 時間について 次, 座標について 次微分の 微分方程式 ( シュレディンガー方程式 ) で記述 pˆ i Ψ ( qt,) = + U ( q) Ψ (,) qt t m プランク定数 運動エネルギー ポテンシャルエネルギー 運動量 pˆ = i q

シュレディンガー方程式 時間について 次, 座標について 次微分の 微分方程式 ( シュレディンガー方程式 ) で記述 i Ψ (,) qt = Uq ( ) ( qt, ) + Ψ t m q プランク定数 運動エネルギー ポテンシャルエネルギー 運動量 pˆ = i q

ポテンシャルゼロ ( 平面波 or 自由粒子 ) の解 i Ψ q t = Ψ t 比較 : 波動方程式 ( 波 電磁波など ) f qt = c t (,) ( q,) t m q (,) f( qt,) q 時間で 回微分したもの 位置で 回微分したもの f(,) qt = ω sin ωt ± kq t f(,) qt = ωcos( ωt ± kq) t sin と cos の解の線形結合 f( qt,) = sin ωt ± kq ( ) ( ) f( qt,) = A ωt ± kq + B cos ωt ± kq sin ( ) ( ) f(,) qt = k sin ωt ± kq q f(,) qt = k cos t ± kq q ( ) ( ω ) ω = c k

シュレディンガー方程式の場合 Ψ( i (,) ( q,) t m q Ψ q t = Ψ t X qt, ) = ωcos( ωt ± kq) t qt, = k sin ( ωt ± kq) Ψ( ) q ( ) Ψ ( qt,) = sin ω t ± kq

シュレディンガー方程式の場合 i (,) ( q,) t m q Ψ q t = Ψ t Ψ( qt,) = A ωt ± kq + B cos ωt ± kq sin ( ) ( ) Ψ(,) qt t ( ) sin ( q) = ωacos ωt± kq ωb ωt± k Ψ(,) qt = sin q ( ω ± ) + ( ωt ± kq) k A t kq k B cos k ω A= i B A = ib m k ωb= i A ω = ± m m k

ポテンシャルゼロでの解 Ψ(,) qt = A sin ωt ± kq + i cos ωt ± kq オイラーの公式 ep[ iθ ] = ( ) ( ) = Aepi ωt ± kq n= ( ) n! ( ) i iθ θ θ θ!! 4! 4 5 = + + + + iθ n θ θ i θ θ θ! 4!! 5! 4 5 = + + + + + j j ( θ ) ( θ) j= j= ( j+ ) j ( ) ( ) = + i ( j)! ( j+ )! i θ 5!

ポテンシャルゼロでの解 Ψ(,) qt = A sin ωt ± kq + i cos ωt ± kq オイラーの公式 ( ) ( ) = Aepi ωt ± kq ( ) e p[ iθ] = cos( θ) + isin( θ) Ψ (,) qt = A sin ωt ± kq + cos ωt ± kq = A ( ) ( ) 分布は定数 位置によらず一定 ( 非局在 )

4 4 q 調和振動子 ( バネ ) ポテンシャル i Ψ t m q (,) qt = + mω q Ψ(,) qt U(q) (cm - ) 数値計算のために 波動関数をメッシュを切って表す 列ベクトル c () t q c () t q cj () t q ψ() t = cj () t q cj+ () t q cn () t q j j j+ N

微分を差分で書くと Ψ( qj) cj() t cj () t q q Ψ( q ) Ψ( qj) q q q q q j+ Ψ( j ) cj+ () t cj() t cj() t cj () t q q q t i Ψ ( q) = + Uq ( ) Ψ( q) m q

微分を差分で書くと Ψ( qj) cj() t cj () t q q ( q ) c () t c () t c () t q q Ψ j j+ j + j Ψ( q j ) h m q εc () t + εc () t εc () t j+ j j ε = /m q t i Ψ ( q) = + Uq ( ) Ψ( q) m q

微分を差分で書くと h m Ψ( q j ) q εc () t + εc () t εc () t j+ j j ε = /m q c() t ε + Uq ( ) ε c() t c() t ε ε + U( q ) ε c() t ε ε + Uq ( ) ε i ε = t cj() t cj() t cn() t cn( t) i () t () t t Ψ = HΨ メッシュ N ( ): ヒルベルト空間 q 小さい

import numpy as np from numpy import linalg as la N = 5 qma = 5. qmin = - qma dq = (qma - qmin) / (N-) epsilon =.5/dq/dq M = np.zeros((n,n)) U = np.zeros(n) q = np.zeros(n) for val in range(, N): q[val] = qmin + dq * val U[val] =.5 * q[val] * q[val] レポート問題 ( 調和振動子の固有ベクトルと固有値 ) 左記のプログラムを動かして 小さい方から 4 つ固有ベクトルをプロットせよ M[][] = *epsilon + U[] M[][] = - epsilon for val in range(, N-): M[val][val-] = - epsilon M[val][val] = * epsilon + U[val] M[val][val+] = - epsilon M[N-][N-] = - epsilon M[N-][N-] = * epsilon + U[N-] eg, vt = la.eigh(m) print("eigenvalue") print(eg) for val in range(, N): print(q[val], vt.t[,val], vt.t[,val], vt.t[,val], vt.t[,val])

レポートの答の見本

固有値 固有ベクトルが求まると 固有ベクトル Hψ t ψ c q c q c q c ψ = ψ = ψ == = E ψ n n n n = i Hψ Ψ = cn n n () n() i n = E n ψ n 固有値 E E E q c q c q j j j,, c j q c j q c j q j+ j+ j+ c j+ q c j+ q c j+ q c N q c q c q Ψ N N N N N t ψ n = c t ψ n n c () t e n ie t/ = cn

固有値を縦軸 固有ベクトル を横軸にプロットすると 調和振動子 箱型ポテンシャルでは