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@jiyanjiang 2015-11-24T15:31:30.000000Z 字数 1702 阅读 1383

格点和波矢空间上的基础对易式

固体理论


格点l上的位置算符xl

$$ x_l = \frac{1}{\sqrt N}\sum\limits_{q \in BZ}e^{iqla} x_q $$

xl=1NqBZeiqlaxq

xq是变换到波矢空间上的位置算符,

$$ x_q = \frac{1}{\sqrt N}\sum\limits_l e^{-iqla}x_l $$

xq=1Nleiqlaxl

现在引入格点上的动量算符pl,应满足对易关系:

$$ \left[ x_l ,p_{l'} \right] = i \hbar {\delta}_{l,l'} $$

[xl,pl]=iδl,l

同时波矢空间中的动量算符pq,也应满足对易关系:

$$ \left[ x_q, p_{q'} \right] = i \hbar {\delta}_{q,q'} $$

[xq,pq]=iδq,q

可以证明plpq必须取如下形式,以上两个对易式才能满足。

$$ p_l = \frac{1}{\sqrt N}\sum\limits_{q \in BZ}e^{-iqla} p_q $$

pl=1NqBZeiqlapq

代入[xl,pl]

$$ x_l p_{l'} = \sum\limits_q \sum\limits_{q'}\frac{1}{N}e^{iqla-iq'l'a}x_q p_{q'} $$

xlpl=qq1Neiqlaiqlaxqpq

e指数部分:

$$ iqla-iq'l'a=iqla - iql'a + iql'a - i q'l'a $$

iqlaiqla=iqlaiqla+iqlaiqla

代入后:

$$\sum\limits_{q,q'} \frac{1}{N} e^{iq(l-l')a}e^{i(q-q')l'a} x_q p_{q'} = \sum\limits_{q'}\delta_{l,l'}e^{i(q-q')l'a}x_qp_{q'} $$

q,q1Neiq(ll)aei(qq)laxqpq=qδl,lei(qq)laxqpq

考虑到:

$$ x_qp_{q'}-p_{q'}x_q = i\hbar \delta_{q,q'} $$

xqpqpqxq=iδq,q

继续化简,

$$[x_l,p_{l'}] = \sum\limits_{q'}\delta_{l,l'}e^{i(q-q')l'a}i \hbar \delta_{q,q'} = i \hbar \delta_{l,l'}$$

[xl,pl]=qδl,lei(qq)laiδq,q=iδl,l

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