(3710) אלקטרון בגאומטריה של אפקט הול, באר כפולה 2013B

נתון דגם מלבני דו מימדי ארוך. במימד האורכי \( 0 < x < L \) הניחו תנאי שפה מחזוריים.
הדגם מצוי בשדה מגנטי אנכי \( \vec{B} = (0,0,B(y)) \) .
רוחב הדגם מאפשר איכלוס של 3 אלקטרונים חסרי ספין ברמת לנדאו התחתונה.
כל אלקטרון הוא בעל מסה \( m \) ומטען \( e \) .

בסעיפים  1-3 הניחו שדה הומוגני \( B(y)=B_0 \) בכיוון ציר Z.
בסעיפים 4-6 הניחו שהפכו את כיוון השדה המגנטי בחצי המישור התחתון \( B(y<0)=-B_0 \)

(1) רישמו את ההמילטוניאן של אלקטרון בדגם זה.

(2) רישמו את הפוטנציאל האפקטיבי \( V^{\ell}(y), \, [\ell=0,\pm] \) שמתקבל לאחר הפרדת משתנים.

(3) רישמו את פונקציות הגל \( \Psi^{0,\pm}(x,y) \) של שלושת האלקטרונים.
הניחו שריצפת הפוטנציאל שטוחה כך ששלושת המצבים מנוונים באנרגיה.

(4)  רישמו וציירו סכמטית את הפוטנציאלי האפקטיבי \( V^{\text{eff}}(y) \) עבור כל אחד משלושת האלקטרונים בשדה המגנטי החדש.

(5) רישמו ביטויים מקורבים עבור פונקציות הגל החדשות.

(6) רישמו על סמך WKB ביטוי עבור פיצול האנרגיה \( \Delta=C\exp(-A) \) של המצבים החדשים.


הדרכה:
יש להביע את התשובות באמצעות הנתונים.
על מנת לפשט ביטויים מותר ורצוי להשתמש בסימון \( \omega_B=eB_0/m \) .
כמו כן מותר ורצוי להשתמש בסימון \( \varphi _0(r) = (m\omega_B/\pi)^{1/4}\exp(-\frac{1}{2}m\omega_B r^2) \)
בסעיף 6 יש לספק ביטויים מפורשים עבור A, C
בחישוב  A יש להזניח את האנרגיה הקינטית ביחס לגובה המחסום.