编写程序,用Matlab数值模拟的方法,模拟磁镜现象
时间: 2023-11-30 11:02:48 浏览: 96
磁镜是一种利用磁场对电子进行聚焦的装置,它可以将电子束的横向尺寸压缩到亚纳米级别,因此在纳米电子器件中有着广泛的应用。下面是一个简单的 Matlab 程序,用来模拟磁镜现象:
```matlab
% 定义模拟参数
L = 100e-9; % 电子束在样品中行进的距离
Nx = 256; % x方向上的采样点数
Ny = 256; % y方向上的采样点数
dx = L/Nx; % x方向上的采样间隔
dy = L/Ny; % y方向上的采样间隔
x = linspace(-L/2, L/2, Nx); % x方向上的采样点坐标
y = linspace(-L/2, L/2, Ny); % y方向上的采样点坐标
[X, Y] = meshgrid(x, y); % 生成网格坐标
% 定义磁场参数(这里假设磁场是均匀的)
B0 = 1; % 磁场强度
theta = 45; % 磁场方向与x轴的夹角(单位:度)
Bx = B0*cosd(theta)*ones(Ny, Nx); % x方向上的磁场分量
By = B0*sind(theta)*ones(Ny, Nx); % y方向上的磁场分量
% 定义电子束初始条件
sigma = 10e-9; % 电子束的初始宽度
Ex = exp(-(X.^2 + Y.^2)/sigma^2); % x方向上的电子束密度分布
Ey = zeros(Ny, Nx); % y方向上的电子束密度分布
% 计算电子束在磁场中的演化
v0 = 1e6; % 电子束的初速度
q = -1.6e-19; % 电子的电荷量
m = 9.1e-31; % 电子的质量
dt = 1e-12; % 时间步长
Nt = 1000; % 时间步数
for i=1:Nt
ax = q/m*(Ex.*By - Ey.*Bx); % x方向上的加速度
ay = q/m*(Ey.*Bx - Ex.*By); % y方向上的加速度
vx = v0 + cumsum(ax, 2)*dt; % x方向上的速度
vy = cumsum(ay, 1)*dt; % y方向上的速度
Ex = circshift(Ex, [0, round(mean(vx(:))/dx*dt)]); % x方向上的位移
Ey = circshift(Ey, [round(mean(vy(:))/dy*dt), 0]); % y方向上的位移
end
% 绘制电子束演化后的密度分布
figure;
imagesc(x*1e9, y*1e9, Ex.^2 + Ey.^2);
axis equal;
colormap hot;
xlabel('x (nm)');
ylabel('y (nm)');
```
这段程序中,我们假设磁场是均匀的,磁场方向与x轴的夹角为45度,电子束的初始宽度为10纳米,电子束的初速度为1兆米/秒,时间步长为1皮秒,总共模拟了1000个时间步长。最后,我们绘制了电子束演化后的密度分布图像。