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关于3维球对称势阱中的拉比震荡

2023-01-18 14:43 作者:湛蓝色的彼岸花  | 我要投稿

计算 Rabi 振荡的振荡频率需要知道偶极跃迁矩阵元,即形如

%5Clangle%20lm%2Cn%7Cz%7Cl'm'%2Cn'%5Crangle%2C%5C%20%5C%20%5Clangle%20lm%2Cn%7C%5Cfrac%7Bx%5Cpm%20iy%7D%7B%5Csqrt%7B2%7D%7D%7Cl'm'%2Cn'%5Crangle

的矩阵元,分别对应 q%3D0%2C%5C%20%5Cpm1 的情形。而这可以用CG系数表示为(樱井纯的课后题)

M%3D%5Cleft(%20%5Cint_0%5E%5Cinfty%20%5Cmathrm%7Bd%7Dr%5C%20R_%7Bn'l'%7D(r)R_%7Bnl%7D(r)%5C%20r%5E3%5Cright%20)%5Csqrt%7B%5Cfrac%7B2l%2B1%7D%7B2l'%2B1%7D%7D%5Clangle%20l1%3B00%7Cl1%3Bl'0%5Crangle%5Clangle%20l1%3Bmq%7Cl1%3Bl'm'%5Crangle

其中 R 代表径向波函数。如果引入等效的一维本征波函数

V_%7Bnl%7D(r)%3DrR_%7Bnl%7D(r)

那么就是

M%3D%5Cleft(%20%5Cint_0%5E%5Cinfty%20%5Cmathrm%7Bd%7Dr%5C%20V_%7Bn'l'%7D(r)V_%7Bnl%7D(r)%5C%20r%5Cright%20)%5Csqrt%7B%5Cfrac%7B2l%2B1%7D%7B2l'%2B1%7D%7D%5Clangle%20l1%3B00%7Cl1%3Bl'0%5Crangle%5Clangle%20l1%3Bmq%7Cl1%3Bl'm'%5Crangle

可以方便地用 matlab 数值计算第一个括号内的积分,

后面部分查CG系数(%5Clangle%20j_1j_2%3Bm_1m_2%7Cj_1j_2%3BJM%5Crangle)的表再带入就行了

至于含时势能情形的Schrodinger方程数值求解,只用在之前的代码上稍作修改:

1. 修改 UMmt

UMmt = exp(-1i*dT*(Kx.^2+Ky.^2+Kz.^2)/4); % exp(-i*(-0.5*Laplacian)*dT/2), 处于动量空间


2. 球对称势能 Up 固定,总势能修改为

Zr = R.*cos(Tt);

Xr = R.*sin(Tt).*cos(P);

Yr = R.*sin(Tt).*sin(P);

F0 = 1.5;%按需修改

Om = 6.25; %按需修改,应当是能级间距+失谐

Utm = @(z,t) F0*sin(Om*t)*z; % q=0

% Utm = @(x,y,t) F0*(sin(Om*t)*x+cos(Om*t)*y)/sqrt(2); % |q|=1

Unow = Up+ Utm(Zr,0);

% Unow = Up+ Utm(Xr,Yr,0);


3. for 循环中时间演化的部分修改为

Unow = Up+Utm(Zr,t*dT);

% Unow = Up+Utm(Xr,Yr,t*dT);

UVh = exp(-1i*Unow*dT);

%exp(-i*(-0.5*Laplacian)*dT/2)

psik = UMmt.*fftshift(fftn(psi3));

psi3 = ifftn(ifftshift(psik));

% exp(-i*U*dT)

psi3 = UVh.*psi3;

%exp(-i*(-0.5*Laplacian)*dT/2)

psik = UMmt.*fftshift(fftn(psi3));

psi3 = ifftn(ifftshift(psik));


至于Rabi振荡的角频率,零失谐时就是

%5Comega_%7BR%7D%3DF_%7B0%7DM

M 就是之前提到的矩阵元。如果还有非零的失谐,那就是 计算失谐与上式的平方和,再开根号。

矩阵元 M 中积分计算的一个例子:

N1 = 4000;

x1 = linspace(1e-3,L,N1)';

l = 0; l2 = 1; 

m = 0; m2 = 0; 

nl1 = 1;nl2 = 1;

[En1,Vl] = RadEig(x1,SphP(x1),l);

[En2,Vl2] = RadEig(x1,SphP(x1),l2);

I=Vl2(:,nl2)'*((x1).*Vl(:,nl1))

I 就是想要的积分(的近似值)了。

自定义函数 RadEig 见上一个文章


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