عرض مصدر تقييد كمومي

[[ملف:Quantum confinement 2.png|تصغير|يسار|350px|يوضح الشكل العلاقة بين توزيع مستويات الطاقة وحجم المادة فكلما ازداد حجم المادة تقاربت مستويات الطاقة فيما بينها حتى تتداخل مع بعضها في حين كلما تقلص حجم المادة تباعدت مستويات الطاقة وانفصلت عن بعضها.]]
'''تقييد الكم''' {{إنج|Quantum confinement}} يعني بصورة مبسطة حبس [[إلكترون|الإلكترون]] داخل صندوق أي إبقاءه ضمن حجم محدود وحصره بداخله، ويحدد طول هذا الصندوق وعرضه وارتفاعه خواص [[نقطة كمومية|نقطة الكم]] (الإلكترون المقيد) والتي يعبر هنا «بئر جهدي» و[[مستوى طاقة|مستويات طاقته]] وشكلها، ويعد الإلكترون المرتبط [[نواة الذرة|بالنواة الذرية]] واقعاً تحت تأثير جهدها الكهربائي فيكون كما لو كان مقيداً داخل صندوق، وأحياناً يكون هذا التشبيه بأن الإلكترون منحصر في «بئر [[قانون كولوم|كهربائي كولومي]] (بئر الكم)»، يتطلب الإلكترون امتلاك طاقة معينه تسمح له بالخروج من البئر (أنظر [[جسيم في صندوق]]).

[[ملف:Potential energy well.svg|تصغير|upright=1.5|بئر جهدي في بُعد واحد. طاقة الوضع كدالة للموضع. إذا وُجد جسيم وكانت طاقته ''E'' فطبقاً للميكانيكا الكلاسيكية لا يمكن للجسيم مغادرة البئر ويستطيع الحركة فقط بين النقطتين <math>x_1</math> و <math>x_2</math>.]]

إذا كان الإلكترون موجوداً في صندوق كبير فإنه يتصرف كما لو كان حراً، فهو لا يقع تحت تأثير أي جهد، في تلك الحالة يمكن للإلكترون امتلاك طاقة بحيث تكون مستويات الطاقة له متداخلة مع بعضها البعض (متصلة وليست منفصلة) هذا هو تصرف الإلكترون أو الجسيم عندما يكون حجم الصندوق كبير ويضمحل تأثير حجم الإلكترونات فيه، إذن ما معيار كبر حجم الصندوق؟ ما هو طول التقييد الملائم؟ المعيار هنا هو تحدده خواص [[إلكترون|الإلكترون]].

في عام 1924 اقترح [[لويس دي بروي|لويس دي برولي]] أن الجسيمات دون الذرية مثل الإلكترون تكون مقترنة بموجة معتمدة على [[كتلة|كتلته]] وسرعة الجسيم، جاءت تلك الفكرة من عدة ظواهر في الفيزياء يظهر فيها الإلكترون كأنه يتصرف كجسيم مثل [[تجربة شقي يونغ|تجربة الشق المزدوج]] وفي تجارب أخرى يتصرف كموجة مثل [[تجربة شقي يونغ|تجربة يونج]]، وتقول نظرية [[ازدواجية موجة جسيم|ازدواجية موجة-جسيم]] التي صاغها «دي برولي» أن الجسيم يكون مقترناً بموجة يتحدد [[طول الموجة|طول موجتها]] بناءً على كتلة الجسيم وسرعته.

[[ملف:Particle in a box.svg|تصغير|300px|جسيم في صندوق يتحرك بين حائطين (أحمر). عندما تقترب جدران الصندوق جدا تبدأ الظواهر الكمومية في الظهور. ويتخد الجسيم طاقات منفصلة محددة descret energy levels، تسمى [[مستوى طاقة|مستويات طاقة]].]]

إذا كانت أبعاد الصندوق كبيرة مقارنة [[طول الموجة|بطول موجة]] الإلكترون أو بمصطلح أدق أكبر كثيراً من [[نصف قطر بور]] (نصف قطر ذرة الهيدروجين) فإن الإلكترون لا يعد مقيداً.
أما حين تكون أبعاده مساوية لطول الإلكترون الموجي فإن مستويات طاقة الإلكترون تظهر منفصلة descrit values(بمعنى أنها تتخذ قيم خاصة)، وبذلك تصبح فجوة النطاق محكومة بحجم الصندوق وموضع الإلكترون.
.<ref>[http://sces.phys.utk.edu/~dagotto/condensed/HW2_2009/Quantum_Dots.ppt Quantum Dots: Confinement and Applications.] {{Webarchive|url=http://web.archive.org/web/20100706184056/http://sces.phys.utk.edu/%7Edagotto/condensed/HW2_2009/Quantum_Dots.ppt |date=06 يوليو 2010}}</ref>

كان هذا مثال أولي فكر فيه الفيزيائيون خلال الثلاثين سنة الأولى من القرن العشرين كمحاولة لفهم تركيب [[ذرة|الذرة]] بعد اكتشاف الإلكترون والبروتون، وعرفوا أن ذرة الهيدروجين هي أبسط الذرات حيث تتكون من بروتون واحد (يمثل [[نواة الذرة]]) ويدور حولها الإلكترون، وكان محيراً لهم [[طيف (توضيح)|طيف الهيدروجين]] الذي يظهر في هيئة خطوط طيفية منفصلة عن بعضها البعض وكل منها يتميز [[تردد|بتردده]] الخاص.

فكان نموذج التقييد في صندوق أحد النماذج المبسطة لحل المسألة، وبمرور الوقت طور العلماء نماذجهم للبنية الذرية بحيث استطاعوا بعد ذلك حل لغز تصرف الإلكترون في الذرة، وأن يصيغوا نظرياتهم في هيئة معادلات يحسبون بها ترددات الضوء التي يشعها الإلكترون في طيف الذرة، من تلك النماذج أيضا ما يسمى ''بئر الكم'' {{إنج|Quantum well}}.<ref>[https://www.physlink.com/education/askexperts/ae528.cfm What is a quantum well?.] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20170702013819/http://www.physlink.com/education/askexperts/ae528.cfm |date=02 يوليو 2017}}</ref>

وبحلول عام 1925 استطاع الفيزيائي الألماني [[فيرنر هايزنبيرغ|فرنر هايزنبرج]] الحصول على الصيغ الرياضية التي تفسر طيف الهيدروجين تماماً، وكانت طريقته تعتمد على استخدام [[مصفوفة (توضيح)|المصفوفات]] ولهذا سميت نظريته [[ميكانيكا المصفوفة|ميكانيكا المصفوفات]] وهي تعتمد على التصور التكميمي للطاقة، والتي كان [[ماكس بلانك]] قد إقترحها عام 1900 محاولاً تفسير النتائج الغريبة للتجارب العملية عن [[الجسم الأسود|إشعاع الجسم الأسود]]، ثم قدم [[إرفين شرودنغر]] عام 1926 وصاغ معادلته المسماة باسمه «[[معادلة شرودنغر|معادلة شرودنجر]]» التي استفاد فيها من فروض دي برولي حول الخاصية الموجية للجسيمات ونجحت معادلته في تفسير الطيف ذرة الهيدروجين، لتصبح معادلته ذات أهمية كبرى في نظرية [[ميكانيكا الكم]] التي شارك في صياغتها علماء عظماء مثل [[ماكس بلانك]] و[[نيلز بور]] و[[لويس دي بروي|لويس دي برولي]] و[[فولفغانغ باولي|فولفجانج باولي]] و[[فيرنر هايزنبيرغ|فيرنر هايزنبرج]] و[[ماكس بورن]] و[[بول ديراك]] وآخرين، فقد نجحت نظرياتهم في تفسير ظواهر عديدة في الطبيعة مثل [[مقاومية|التوصيل الكهربائي]] [[عازل|العوازل]] و[[شبه موصل|أشباه الموصلات]]، وكلها ظواهر نشأت منها اختراعات مثل [[هاتف|الهاتف]] و[[تلفاز|التلفزيون]] و[[معالج دقيق|ميكروبروسيسور]] و[[حاسوب|الحاسوب]] وغيرها، التي أصبحت اليوم من الأشياء التي لا يمكن الإستغناء عنها.

== المراجع ==
{{مراجع}}

== انظر أيضا ==
* [[جسيم في صندوق]]
* [[معادلة شرودنغر]]
* [[قطة شرودنغر]]،
* [[ازدواجية موجة جسيم|ازدواجية موجة-جسيم]]
* [[موجة مادية]]
== وصلات خارجية ==

* {{يوتيوب|MLJJkztIWfg|Quantum dots synthesis}}
* {{يوتيوب|ohJ0DL2_HGs|Biological application}}

{{شريط بوابات|ميكانيكا الكم|فيزياء}}

[[تصنيف:فيزياء تمهيدية]]
[[تصنيف:ميكانيكا الكم]]
[[تصنيف:ميكانيكا كلاسيكية]]