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Resolución de la respuesta lineal en el dominio de la frecuencia

Mi pregunta proviene de una derivación dada en el capítulo 12 de la obra de R. McWeeny Métodos de la mecánica cuántica molecular para la resolución de ecuaciones de respuesta lineal a través de la teoría variacional de perturbaciones. ( Funciones de correlación de respuesta lineal para un poco más de contexto).

Mi problema proviene de una extraña elección que hace el autor al definir la parte de la perturbación del hamiltoniano. Escriben la perturbación como $\mathbf{H}'(t)=F(t)\mathbf{A}$ donde describen $F(t)$ como una función de fuerza dependiente del tiempo y $A$ como una especie de función de forma para la perturbación.

A continuación, expresa el hamiltoniano mediante una transformada de Fourier como $$\mathbf{H}'(t)=\frac{1}{2\pi}\int_{-\infty}^{\infty}f(\omega)\frac{1}{2}(\mathbf{A}_\omega e^{-i\omega t}+\mathbf{A}_{-\omega} e^{i\omega t}) d\omega$$ con $\mathbf{A}=\frac{1}{2}(\mathbf{A}_\omega+\mathbf{A}_{-\omega})$ , suponiendo que $\mathbf{A}_{-\omega}=\mathbf{A}^\dagger_\omega$ y $f(\omega)=f(-\omega)$ con $f(\omega)$ la transformada de Fourier de $F(t)$ .

Ahora es cuando me confundo. Él pasa a definir $\mathbf{H}'(\omega)=\frac{1}{2}(\mathbf{A}_\omega e^{-i\omega t}+\mathbf{A}_{-\omega}e^{i\omega t})$ . Para mí la notación ya es bastante engañosa, ya que parece implicar que se trata de la Transformada de Fourier de $\mathbf{H}'$ pero también sustituye directamente los casos de $\mathbf{H}'(t)$ con $\mathbf{H}'(\omega)$ para resolverlos. Por ejemplo, da una expresión inicial para los coeficientes de primer orden de la función de onda perturbada como $$c_n(t)=\frac{1}{i\hbar}\int_{-\infty}^t \left<n|\mathbf{A}|0\right> F(t')\exp(i\omega_{0n}t')dt'$$ Luego, en la página siguiente, da otra expresión sustituyendo $\mathbf{H}'(\omega)$ (con un factor de convergencia $\epsilon$ también introducido): $$c_n(t)=-\frac{1}{2\hbar}\big[\frac{\left<n|\mathbf{A}|0\right>}{\omega_{0n}-\omega-i\epsilon}\exp(i(\omega_{0n}-\omega-i\epsilon))+(\omega\to -\omega)\big]$$

Cuál sería la expresión obtenida si $\mathbf{H}'(\omega)$ sustituido directamente $\mathbf{H}'(t)$ . Inicialmente había pasado por alto esta sección porque no tenía mucha relación con las secciones posteriores, pero este uso de $\mathbf{H}'(\omega)$ ha vuelto a surgir y todavía no sé cómo/por qué se utiliza.

¿Hay alguna explicación de lo que hace el autor con este factor o si hay algún error en las fórmulas? Mi suposición era que tal vez la segunda expresión de los coeficientes debería ser una función de $\omega$ en lugar de tiempo, pero no puedo confirmar con certeza si eso tiene sentido.

Buscando en Internet, encontré otro uso de este formato, aunque parece que posiblemente se deriva de mi fuente. ¿Alguien más se ha encontrado con esto antes?

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allruiz Puntos 38

Creo que el autor se limita a considerar una sola componente de Fourier de la perturbación a la vez. Las matemáticas son exactamente las mismas para cada componente de Fourier, por lo que al final simplemente habría que sumar (o integrar) sobre todas las componentes de Fourier de $F(t)$ para obtener la amplitud total de la transición.

De forma más explícita, el autor está estudiando específicamente el caso en el que $f(\omega)=\delta(\omega-\omega_0)$ lo que implica que $F(t)=e^{i\omega_0 t}$ . Una vez resuelto este caso, se puede utilizar la superposición para resolver el caso en el que $f(\omega)$ es una suma de funciones delta, o incluso alguna función continua de $\omega$ . Todo lo que tendría que hacer es integrar adecuadamente la expresión que tiene para $c_n(t)$ sobre los componentes de frecuencia.

Sin embargo, el punto clave de la respuesta lineal es que sólo se mira la respuesta en una sola frecuencia a la vez. En principio, se podría observar la respuesta a una distribución de frecuencias $F(t)$ pero eso no es muy útil en general. Es fácil pasar de la respuesta a frecuencias individuales a la respuesta a una suma de frecuencias, pero no y viceversa.

En la práctica, queremos conocer la respuesta del sistema en cada $\omega$ individualmente, y no una integral sobre $\omega$ . Si imaginamos la respuesta de una molécula a la luz, entonces querremos conocer la absorción de la molécula en función de la frecuencia de la luz incidente $\omega$ . Esto da mucha más información que la respuesta de la molécula a una distribución arbitraria de luz (digamos de una lámpara térmica).

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