(3640) אלקטרונים בבור פוטנציאל סופי + שדה מגנטי 2005C3

נתון בור פוטנציאל דו מימדי בגודל \( L \times L \) , ובעומק \( V_0 \) .
זה אומר \( V(x)=V_0 \) בתוך הבור, קירות מאוד גבוהים בהיקף הבור, וכן \( V(x)=0 \) מחוץ לבור.
כתוצאה מכך כל האלקטרונים עם אנרגיה \( 0<E \) בורחים החוצה.
הנח שהאלקטרונים שנותרים בקופסא הם חסרי ספין, בעלי מסה \( m \) , ובעלי מטען \( e \) .

1. רשום את התנאי \( L_{min}<L \) לכך שיוכל להיות לפחות אלקטרון אחד בבור.
להלן הנח \( L_{min} \ll L \) .

2. חשב את מספר האלקטרונים \( N_0 \) שיכולים להיות בבור.

יוצרים שדה מגנטי הומוגני \( B \) במאונך למישור שבו מצוי הבור.
בסעיפים להלן ניתן להשתמש (ללא צורך בהוכחה) בתוצאות ידועות לגבי רמות לנדאו.

3. מצא את השדה המקסימאלי \( B=B_2 \) כך שיש שתי רמות לנדאו מלאות בתוך הבור.

נסמן את מספר החלקיקים בסעיף (3) בסימון \( N_2 \)

4. למה שווה היחס \( N_2/N_0 \) ?

5. הכלל את התוצאה למקרה של n רמות לנדאו מלאות.

הדרכה:
תנאי השפה בקצות הבור הם בעלי השפעה זניחה על הספקטרום,
כך שניתן להשתמש בתוצאות ידועות שנגזרות מהפתרון של לנדאו.