下のソースプログラムをそのままテキストエディタ(メモ帳など)にコピー and ペースト すれば、簡単にコンパイルと実行できる。
(この class file name は wave なので、このテキストエディタを "wave.java" とセーブしてコンパイルしてほしい。)
ここでは 1 MM = 1 × 10-14 meter という新しい単位を使用している。
このサンプルプログラムでは、実行すると、最初に 原子の種類を選ぶ。
炭素様原子 (= C, Si ) を計算するときは 最初に "0" の数値を入力するように。
もし 酸素様原子 (= O, Si )、ホウ素様原子 (= B, Al ) を計算するときは それぞれ "1" もしくは "2" を入力するように。
次に 中心電荷 Z と すべての価電子の全イオン化エネルギーを入力する。
これらの値から このプログラムは 正四面体状の炭素のポテンシャルエネルギーと力を計算する。
ビリアル定理 ( E = -T = 1/2 V ) を用いて、このプログラムは 1軌道に含まれるドブロイ波を計算する。
画面上には このドブロイ波の数 (= 約 2.0 ) と、各価電子と中心の原子核間の距離 (MM) が表示される。
import java.util.Scanner;
class wave {
public static void main(String[] args) {
// choose carbon-like = 0, oxygen-like = 1, boron like = 2
Scanner stdIn=new Scanner(System.in);
System.out.println(" First, input 0, 1, or 2 to choose atoms ");
System.out.println("( Carbon, Si = 0, Oxygen, S = 1, Boron, Al = 2 ) ");
double fig=stdIn.nextDouble();
// input central positive charge Z
System.out.println("central charge Z ? ");
double Z=stdIn.nextDouble();
// input total ionization energy |E| eV
System.out.println("total ionization energies |E| eV ? ");
double E=stdIn.nextDouble();
double me=9.1093826e-31;
double pai=3.141592653589793; double epsi=8.85418781787346e-12;
double h=6.62606896e-34; double ele=1.60217653e-19;
double ke=(ele*ele)/(4.0*pai*epsi);
// total potential energy (J) by Virial theorem
double poten = -2.0 * E * 1.602177e-19;
// Carbon-like atoms ( C, Si )
// length r from potenial V in tetrahedron
double r =(ke/poten) * (-(8.0*Z)/Math.sqrt(6.0) + 3.0);
// kinetic = total kinetic energy by Virial theorem
double kinetic=-0.5*poten;
double velo=Math.sqrt((kinetic)/(2.0*me)); // velo = electron's velocity (m/s)
// F = force acting on each electron (N)
double F = (ke/(r*r))*(Z*2.0/3.0 - Math.sqrt(6.0)/4.0 );
// nuc = distance between electron and nucleus
double nuc=r*Math.sqrt(6)/2.0;
double radius=(me*velo*velo)/F; // rotation radius from centrifugal force
double debroglie = h/(me*velo); // de Broglie wavelength of electron
double wave=(2.0*pai*radius)/debroglie; // wave's number in one orbit
// oxygen-like atoms ( O, S )
if ( fig == 1 ) {
// a = distance between electron and nucleus
double a = (ke/poten)*(-6.0*Z + 12.0/Math.sqrt(2)+1.5);
// velo = veclocity of each electron 0-5
velo=Math.sqrt(kinetic/(3.0*me));
// F = force acting on each electron (N)
F = (ke/(a*a))*(Z-2.0/Math.sqrt(2)-0.25);
radius=(me*velo*velo)/F; // rotation radius from centrifugal force
debroglie = h/(me*velo); // de Broglie wavelength of electron
wave=(2.0*pai*radius)/debroglie; // wave's number in one orbit
nuc = a;
}
// Boron -like atoms ( B, Al )
if ( fig == 2 ) {
// r = distance between electron and nucleus
r =(ke/poten) * (-(3.0*Z) + Math.sqrt(3));
// velo = velocity of each electron 0-2
velo=Math.sqrt((2.0*kinetic)/(3.0*me));
// F = force acting on each electron
F = (ke/(r*r))*(Z - 1.0/(Math.sqrt(3)) );
radius=(me*velo*velo)/F; // rotation radius from centrifugal force
debroglie = h/(me*velo); // de Broglie wavelength of electron
wave=(2.0*pai*radius)/debroglie; // wave's number in one orbit
nuc = r;
}
nuc = nuc * 1.0e14; // change meter to MM
System.out.printf("de Broglie wave in one orbit : %.3f \n", wave);
System.out.printf("distance between electron and nucleus: %.2f ", nuc);
System.out.printf(" \n");
}}