تأثير النفق
تأثير النفق
(حفر الأنفاق)، والتغلب على حاجز محتمل بواسطة جسيمات دقيقة في حالة اكتماله (البقاء عند T.e. بالنسبة للجزء الاكبردون تغيير) ارتفاع أقلحاجز. أي أن الظاهرة كمية في الأساس. الطبيعة مستحيلة في الكلاسيكية. علم الميكانيكا؛ التناظرية لـ T. e. في موجات يمكن خدمة البصريات من خلال اختراق الضوء في الوسط العاكس (على مسافات بترتيب الطول الموجي للضوء) في ظروف من وجهة نظر Geom. البصريات يحدث. تي ه. يكمن وراء الجمع عمليات مهمةفي. ويقولون الفيزياء، في الفيزياء في. النوى والتلفزيون الهيئات، الخ.
تي ه. يتم تفسيرها على أساس (انظر ميكانيكا الكم). كلاسيكي لا يمكن أن يكون ch-tsa داخل الإمكانات. ارتفاع الحاجز الخامس، إذا كانت الطاقة؟ دفعة ف - كمية وهمية (م - ح-tsy). ومع ذلك، بالنسبة للجسيمات الدقيقة، فإن هذا الاستنتاج غير عادل: نظرًا لعلاقة عدم اليقين، فإن الجسيم ثابت في الفضاء. المنطقة داخل الحاجز تجعل زخمها غير مؤكد. لذلك، هناك احتمال غير صفر لاكتشاف جسيم دقيق داخل جسيم محظور من وجهة النظر الكلاسيكية. منطقة الميكانيكا. وبناء على ذلك، يظهر تعريف. احتمال المرور عبر الإمكانات. الحاجز الذي يتوافق مع T. e . وهذا الاحتمال أكبر، فكلما كانت كتلة المادة أصغر، كان احتمالها أضيق. الحاجز وكلما قلت الطاقة المفقودة للوصول إلى ارتفاع الحاجز (كلما قل الفرق V-؟). احتمال المرور عبر حاجز - الفصل. العامل المحدد المادي خصائص T. ه. في حالة الإمكانات أحادية البعد. هذه الخاصية للحاجز هي المعامل. شفافية الحاجز, يساوي النسبةتدفق الجزيئات التي تمر عبره إلى التدفق الساقط على الحاجز. في حالة وجود حاجز ثلاثي الأبعاد الحد منطقة مغلقةالعلاقات العامة فا من أقل. محتمل الطاقة (البئر المحتملة) ، أي. تتميز باحتمالية مغادرة الفرد لهذه المنطقة بالوحدات. وقت؛ قيمة w تساوي حاصل ضرب تردد التذبذبات داخل الجهد. الحفر على احتمال المرور عبر الحاجز. إمكانية "التسرب" من الشاي الذي كان في الأصل في الإمكان. حفرة، يؤدي إلى حقيقة ذلك ح-TS المقابلةالحصول على عرض محدود لترتيب ћw، وهذه نفسها تصبح شبه ثابتة.
مثال على مظهر T. e. في. يمكن للفيزياء أن تخدم الذرات بالكهرباء القوية. وتأين الذرة في مجال كهرومغناطيسي قوي. أمواج. تي ه. يكمن وراء اضمحلال ألفا للنواة المشعة. بدون T. ه. سيكون من المستحيل التدفق التفاعلات النووية الحرارية: احتمال كولوم. يتم التغلب على الحاجز الذي يمنع تقارب النوى المتفاعلة اللازمة للاندماج جزئيًا بسبب السرعة العالية (درجة الحرارة العالية) لهذه النوى، وجزئيًا بسبب الطاقة الحرارية. هناك أمثلة عديدة بشكل خاص على مظاهر T. e. في تلفزيون الفيزياء. الأجسام: انبعاث المجال، والظواهر في طبقة الاتصال عند حدود نقطتين PP، وتأثير جوزيفسون، وما إلى ذلك.
بدني القاموس الموسوعي. - م: الموسوعة السوفيتية. . 1983 .
تأثير النفق
(نفق) - أنظمة من خلال منطقة الحركة المحظورة بالكلاسيكية علم الميكانيكا. والمثال النموذجي لمثل هذه العملية هو مرور الجسيم من خلاله حاجز محتملعندما طاقتها
أقل من ارتفاع الحاجز. زخم الجسيمات رفي هذه الحالة، يتم تحديدها من العلاقة 
أين ش(خ)-محتمل طاقة الجسيمات ( ت -الكتلة) ستكون في المنطقة داخل الحاجز كمية خيالية. في ميكانيكا الكمبفضل علاقة عدم اليقينبين الدافع والإحداثي، يتبين أن الحاجز الفرعي ممكن. تتحلل الدالة الموجية للجسيم في هذه المنطقة بشكل كبير، وفي شبه الكلاسيكية حالة (انظر التقريب شبه الكلاسيكي) اتساعها عند نقطة الخروج من تحت الحاجز صغير.
إحدى تركيبات المشكلات المتعلقة بمرور الإمكانات. يتوافق الحاجز مع الحالة التي يسقط فيها تدفق ثابت من الجزيئات على الحاجز ومن الضروري إيجاد قيمة التدفق المنقول. لمثل هذه المشاكل، يتم تقديم معامل. شفافية الحاجز (معامل انتقال النفق) د،يساوي نسبة شدة التدفقات المرسلة والتدفقات العارضة. من وقت الانعكاس يتبع ذلك المعامل. الشفافية للتحولات في "المباشر" و اتجاهات عكسيةهي نفسها. في الحالة أحادية البعد، المعامل. يمكن كتابة الشفافية كما
يتم التكامل في منطقة يتعذر الوصول إليها بشكل كلاسيكي، X 1،2 - تحدد نقاط التحول من الشرط عند نقاط التحول في الحد الكلاسيكي. في الميكانيكا، يصبح زخم الجسيم صفرًا. كوف. د 0 يتطلب تعريفه الحل الدقيقميكانيكا الكم مهام.
إذا تم استيفاء شرط شبه الكلاسيكية
على طول الحاجز بأكمله، باستثناء الفور أحياء نقاط التحول س 1,2 .
معامل في الرياضيات او درجة د 0 يختلف قليلا عن واحد. مخلوقات اختلاف د 0 من الوحدة يمكن أن يكون، على سبيل المثال، في الحالات التي يكون فيها المنحنى المحتمل. الطاقة من جانب واحد من الحاجز تذهب بشكل حاد لدرجة أن شبه الكلاسيكية لا ينطبق هناك، أو عندما تكون الطاقة قريبة من ارتفاع الحاجز (أي أن التعبير الأسي صغير). لارتفاع حاجز مستطيل شس والعرض أمعامل في الرياضيات او درجة يتم تحديد الشفافية بواسطة الملف
أين 
قاعدة الحاجز يتوافق صفر طاقة. في شبه الكلاسيكية قضية دصغيرة مقارنة بالوحدة.
دكتور. صياغة مشكلة مرور الجسيم عبر الحاجز هي كما يلي. دع الجسيم في البداية اللحظة الزمنية في حالة قريبة مما يسمى. حالة ثابتة، والتي قد تحدث مع وجود حاجز لا يمكن اختراقه (على سبيل المثال، مع حاجز مرفوع بعيدًا عن المحتملة بشكل جيدإلى ارتفاع أكبر من طاقة الجسيم المنبعث). هذه الحالة تسمى شبه ثابتة. على نفس المنوال الدول الثابتةيتم إعطاء اعتماد الدالة الموجية للجسيم في هذه الحالة بواسطة المضاعف 
وتظهر الكمية المعقدة هنا على شكل طاقة ه، يحدد الجزء التخيلي احتمالية اضمحلال الحالة شبه الثابتة لكل وحدة زمنية بسبب T. e .:
في شبه الكلاسيكية عند الاقتراب، فإن الاحتمال المعطى بواسطة f-loy (3) يحتوي على قيمة أسية. عامل من نفس النوع مثل in-f-le (1). في حالة وجود إمكانات متناظرة كرويا. الحاجز هو احتمال اضمحلال حالة شبه ثابتة من المدارات. رقم الكم ليحددها f-loy
هنا ص 1،2 هي نقاط تحول شعاعية، التكامل فيها يساوي الصفر. عامل ث 0ويعتمد ذلك على طبيعة الحركة في الجزء المسموح به كلاسيكيا من الإمكانات مثلا. فهو متناسب. كلاسيكي تردد تذبذبات الجسيمات بين جدران الحاجز.
تي ه. يسمح لنا بفهم آلية اضمحلال النوى الثقيلة. توجد بين الجسيم والنواة الابنة قوة كهروستاتيكية. يتم تحديد التنافر بواسطة f-loy على مسافات صغيرة من حيث الحجم أالنوى هي تلك التي eff. يمكن اعتبارها سلبية: 
ونتيجة لذلك، فإن الاحتمال أ-يتم إعطاء الاضمحلال من خلال العلاقة
هذه هي طاقة الجسيم المنبعث.
تي ه. يحدد إمكانية حدوث تفاعلات نووية حرارية في الشمس والنجوم عند درجات حرارة تصل إلى عشرات ومئات الملايين من الدرجات (انظر. تطور النجوم),
وأيضا في الظروف الأرضية في النموذج الانفجارات النووية الحراريةأو يو تي إس.
في إمكانات متماثلة، تتكون من بئرين متماثلين يفصل بينهما حاجز ضعيف النفاذ، أي. يؤدي إلى تداخل الحالات في الآبار، مما يؤدي إلى انقسام مزدوج ضعيف لمستويات الطاقة المنفصلة (ما يسمى بالانقسام العكسي؛ انظر الأطياف الجزيئية).بالنسبة لمجموعة ثقوب دورية لا نهائية في الفضاء، يتحول كل مستوى إلى منطقة من الطاقات. هذه هي آلية تكوين طاقات الإلكترون الضيقة. مناطق في بلورات مع رابط قويالإلكترونات مع مواقع شعرية.
إذا تم تطبيق تيار كهربائي على بلورة أشباه الموصلات. المجال، فإن مناطق طاقات الإلكترون المسموح بها تصبح مائلة في الفضاء. وبالتالي مستوى الوظيفة تعبر طاقة الإلكترون جميع المناطق. في ظل هذه الظروف، يصبح انتقال الإلكترون من مستوى طاقة واحد ممكنا. مناطق إلى أخرى بسبب T. ه. المنطقة التي يتعذر الوصول إليها بشكل كلاسيكي هي منطقة الطاقات المحرمة. وتسمى هذه الظاهرة. انهيار زينر. شبه كلاسيكية يتوافق التقريب هنا مع قيمة صغيرة للكثافة الكهربائية. مجالات. في هذا الحد، يتم تحديد احتمال انهيار زينر بشكل أساسي. الأسي، في مؤشر القطع هناك سلبية كبيرة. قيمة تتناسب مع نسبة عرض الطاقة المحرمة. المنطقة إلى الطاقة التي يكتسبها الإلكترون في مجال مطبق على مسافة تساوي حجم خلية الوحدة.
ويظهر تأثير مماثل في الثنائيات النفقية,حيث تميل المناطق بسبب أشباه الموصلات ص-و ن-اكتب على جانبي حدود جهة الاتصال الخاصة بهم. يحدث حفر الأنفاق نظرًا لوجود عدد محدود من الحالات غير المأهولة في المنطقة التي يذهب إليها حامل الشحنة.
بفضل T. ه. ممكن الكهربائية بين معدنين مفصولين بمادة عازلة رقيقة. تقسيم. يمكن أن تكون هذه في الوضع الطبيعي و حالة الموصلية الفائقة. في الحالة الأخيرةقد يحدث تأثير جوزيفسون.
تي ه. مثل هذه الظواهر التي تحدث في التيارات الكهربائية القوية تعود إلى ذلك. المجالات، مثل التأين الذاتي للذرات (انظر التأين الميداني)و انبعاثات السيارات الإلكترونيةمن المعادن. وفي كلتا الحالتين كهربائي يشكل الحقل حاجزًا من الشفافية المحدودة. كلما كانت الكهرباء أقوى كلما كان الحاجز أكثر شفافية وكان تيار الإلكترون القادم من المعدن أقوى. وبناء على هذا المبدأ مجهر مسح نفقي -جهاز يقيس تيار النفق من نقاط مختلفةالسطح محل الدراسة وتقديم معلومات عن طبيعة عدم تجانسه.
تي ه. هذا ممكن ليس فقط في الأنظمة الكمومية التي تتكون من جسيم واحد. لذلك، على سبيل المثال، يمكن أن ترتبط حركة الانخلاعات في البلورات في درجات الحرارة المنخفضة بنفق الجزء الأخير، الذي يتكون من العديد من الجزيئات. في مسائل من هذا النوع، يمكن تمثيل الخلع الخطي كخيط مرن، يقع في البداية على طول المحور فيفي واحدة من الحد الأدنى المحلي من الإمكانات الخامس (س، ص).هذه الإمكانية لا تعتمد على ذ،وتخفيفه على طول المحور Xعبارة عن سلسلة من الحدود الدنيا المحلية، كل منها أقل من الأخرى بمقدار يعتمد على القوة الميكانيكية المطبقة على البلورة. الجهد االكهربى. يتم تقليل حركة الخلع تحت تأثير هذا الضغط إلى النفق إلى الحد الأدنى المجاور المحدد. جزء من الخلع ثم سحب الجزء المتبقي منه هناك. قد يكون نفس النوع من آلية النفق مسؤولاً عن الحركة موجات كثافة الشحنةفي عازل بيرلز (انظر انتقال بيرلز).
لحساب تأثيرات النفق لهذه الأنظمة الكمومية متعددة الأبعاد، من الملائم استخدام الطرق شبه الكلاسيكية. تمثيل الدالة الموجية في النموذج 
أين س-كلاسيكي أنظمة. ل T. ه. الجزء الخيالي مهم س،تحديد توهين وظيفة الموجة في منطقة يتعذر الوصول إليها بشكل كلاسيكي. لحساب ذلك، يتم استخدام طريقة المسارات المعقدة.
الجسيمات الكمومية، التغلب على الإمكانات. قد يكون الحاجز متصلاً بالثرموستات. في الكلاسيكية ميكانيكيًا، يتوافق هذا مع الحركة مع الاحتكاك. وبالتالي، لوصف الأنفاق من الضروري استخدام نظرية تسمى ميكانيكا الكم التبددية. يجب استخدام اعتبارات من هذا النوع لشرح العمر المحدود للحالات الحالية لجهات اتصال جوزيفسون. في هذه الحالة، يحدث النفق. يمر الجسيم الكمي عبر الحاجز، وتلعب الإلكترونات دور منظم الحرارة.
أشعل.: Landau L. D.، Lifshits E. M.، Quantum، 4th ed.، M.، 1989؛ زيمان ج.، مبادئ نظرية الحالة الصلبة، عبر. من اللغة الإنجليزية، الطبعة الثانية، م، 1974؛ Baz A. I.، Zeldovich Ya. B.، Perelomov A. M.، التشتت والتفاعلات والتحلل في ميكانيكا الكم غير النسبية، الطبعة الثانية، M.، 1971؛ ظاهرة الأنفاق في المواد الصلبةآه، لين من الإنجليزية، م.، 1973؛ ليخاريف ك.ك.، مقدمة لديناميات تقاطعات جوزيفسون، م.، 1985. بي آي إيفليف.
الموسوعة الفيزيائية. في 5 مجلدات. - م: الموسوعة السوفيتية. رئيس التحريرصباحا بروخوروف. 1988 .
تعرف على "تأثير النفق" في القواميس الأخرى:
الموسوعة الحديثة
مرور جسيم صغير طاقته أقل من ارتفاع الحاجز عبر حاجز محتمل؛ التأثير الكمي، يتم تفسيره بوضوح من خلال تشتت عزم الدوران (والطاقات) للجسيم في منطقة الحاجز (انظر مبدأ عدم اليقين). نتيجة النفق...... القاموس الموسوعي الكبير
تأثير النفق- تأثير النفق، وهو المرور عبر حاجز محتمل لجسيمات دقيقة تكون طاقتها أقل من ارتفاع الحاجز؛ التأثير الكمي، الذي يتم تفسيره بوضوح من خلال تشتت عزم الدوران (والطاقات) للجسيم في منطقة الحاجز (بسبب عدم اليقين بشأن المبدأ) ... القاموس الموسوعي المصور
تأثير النفق- - [Ya.N.Luginsky، M.S.Fezi Zhilinskaya، Yu.S.Kabirov. القاموس الإنجليزي الروسي للهندسة الكهربائية وهندسة الطاقة، موسكو، 1999] موضوعات الهندسة الكهربائية، المفاهيم الأساسية EN تأثير النفق ... دليل المترجم الفني
تأثير النفق- (نفق) ظاهرة ميكانيكية كمومية تتمثل في التغلب على الإمكانات المحتملة (انظر) بواسطة جسيم دقيق عندما تكون طاقته الإجمالية أقل من ارتفاع الحاجز. تي ه. يحدث بسبب الخواص الموجية للجسيمات الدقيقة ويؤثر على تدفق المواد النووية الحرارية... ... موسوعة البوليتكنيك الكبيرة
ميكانيكا الكم ويكيبيديا
مرور جسيم صغير طاقته أقل من ارتفاع الحاجز عبر حاجز محتمل؛ التأثير الكمي، والذي يتم تفسيره بوضوح من خلال انتشار عزم (وطاقات) الجسيم في منطقة الحاجز (انظر مبدأ عدم اليقين). نتيجة النفق...... القاموس الموسوعي
1.7. مفهوم تأثير النفق.
تأثير النفق هو مرور الجزيئات عبر حاجز محتمل بسبب خصائص الموجةحبيبات.
دع الجسيم الذي يتحرك من اليسار إلى اليمين يواجه حاجزًا محتملًا من الارتفاع ش 0 والعرض ل. وفقا للمفاهيم الكلاسيكية، يمر الجسيم دون عوائق فوق حاجز طاقته هأكبر من ارتفاع الحاجز ( ه> ش 0 ). إذا كانت طاقة الجسيم أقل من ارتفاع الحاجز ( ه< ش 0 )، ثم ينعكس الجسيم من الحاجز ويبدأ في التحرك في الاتجاه المعاكس؛ ولا يمكن للجسيم اختراق الحاجز.
تأخذ ميكانيكا الكم في الاعتبار الخصائص الموجية للجسيمات. بالنسبة للموجة، الجدار الأيسر للحاجز هو الحد الفاصل بين وسطين، حيث تنقسم الموجة إلى موجتين - منعكسة ومنكسرة. لذلك، حتى مع وجود ه> ش 0 من الممكن (وإن كان باحتمال ضئيل) أن ينعكس الجسيم عن الحاجز، ومتى ه< ش 0 هناك احتمال غير صفري أن يكون الجسيم على الجانب الآخر من الحاجز المحتمل. في هذه الحالة، يبدو أن الجسيم "يمر عبر نفق".
دعونا نقرر مشكلة مرور الجسيم عبر حاجز محتمللأبسط حالة لحاجز مستطيل أحادي البعد، كما هو موضح في الشكل 1.6. يتم تحديد شكل الحاجز بواسطة الوظيفة
. (1.7.1)
دعونا نكتب معادلة شرودنجر لكل منطقة من المناطق: 1( س<0 ), 2(0< س< ل) و 3 ( س> ل):
;
(1.7.2)
; (1.7.3)
. (1.7.4)
دعونا نشير
(1.7.5)
. (1.7.6)
الحلول العامة للمعادلات (1)، (2)، (3) لكل مجال من المجالات لها الشكل:
حل النموذج 
يتوافق مع موجة تنتشر في اتجاه المحور س، أ 
- موجة تنتشر في الاتجاه المعاكس. في المنطقة 1 مصطلح 
يصف حادثة موجة على حاجز، والمصطلح 
- موجة تنعكس من الحاجز . في المنطقة 3 (على يمين الحاجز) لا توجد سوى موجة تنتشر في الاتجاه x، لذلك 
.
يجب أن تستوفي الدالة الموجية شرط الاستمرارية، وبالتالي يجب "خياطة" الحلول (6)، (7)، (8) عند حدود حاجز الجهد. للقيام بذلك، نحن نساوي الدوال الموجية ومشتقاتها في س=0 و س = ل:
;
;
;
. (1.7.10)
وباستخدام (1.7.7) - (1.7.10) نحصل على أربعةمعادلات لتحديد خمسةمعاملات أ 1 ، أ 2 ، أ 3 ,في 1 و في 2 :
أ 1 +ب 1 =أ 2 +ب 2 ;
أ 2 هxp( ل) + ب 2 هxp(- ل)= أ 3 هxp(ikl) ;
إيك(أ 1 - في 1 ) = (أ 2 -في 2 ) ; (1.7.11)
(أ 2 هxp( ل)-في 2 هxp(- ل) = إيكأ 3 هxp(ikl) .
وللحصول على العلاقة الخامسة قدمنا مفهومي معاملات الانعكاس وشفافية الحاجز.
معامل الانعكاسدعونا نسمي العلاقة
, (1.7.12)
الذي يحدد احتمالاانعكاس جسيم من حاجز.
عامل الشفافية
(1.7.13)
يعطي احتمال أن الجسيمات سيمرمن خلال الحاجز. وبما أن الجسيم إما سينعكس أو يمر عبر الحاجز، فإن مجموع هذه الاحتمالات يساوي واحدًا. ثم
ر+ د =1; (1.7.14)
. (1.7.15)
هذا ما هو عليه الخامسالعلاقة التي تغلق النظام (1.7.11) والتي منها جميعا خمسةمعاملات
أعظم الفائدة هو معامل الشفافيةد. بعد التحولات التي نحصل عليها
,
(7.1.16)
أين د 0 – قيمة قريبة من الوحدة .
من (1.7.16) يتضح أن شفافية الحاجز تعتمد بقوة على عرضه ل، على مدى ارتفاع الحاجز ش 0 يتجاوز طاقة الجسيمات ه, وأيضا على كتلة الجسيم م.
مع 
من وجهة النظر الكلاسيكية، مرور جسيم عبر حاجز محتمل عند ه<
ش 0
يتعارض مع قانون حفظ الطاقة . والحقيقة هي أنه إذا كان الجسيم الكلاسيكي في مرحلة ما في منطقة الحاجز (المنطقة 2 في الشكل 1.7)، فإن إجمالي طاقته سيكون أقل من الطاقة الكامنة (وستكون الطاقة الحركية سلبية!؟). مع النقطة الكموميةلا يوجد مثل هذا التناقض. إذا تحرك جسيم نحو حاجز ما، فقبل الاصطدام به يكون لديه طاقة محددة جدًا. دع التفاعل مع الحاجز يستمر لفترة من الوقت
رإذن، وفقًا لعلاقة عدم اليقين، لن تكون طاقة الجسيم محددة؛ عدم اليقين في مجال الطاقة 
. عندما يتحول عدم اليقين هذا إلى مستوى ارتفاع الحاجز، فإنه يتوقف عن أن يكون عائقًا لا يمكن التغلب عليه أمام الجسيم، وسوف يمر الجسيم من خلاله.
تتناقص شفافية الحاجز بشكل حاد مع عرضه (انظر الجدول 1.1). لذلك، لا يمكن للجسيمات المرور إلا عبر حواجز محتملة ضيقة جدًا بسبب آلية الأنفاق.
الجدول 1.1
قيم معامل الشفافية للإلكترون عند ( ش 0 – ه ) = 5 فولت = مقدار ثابت
|
ل، نانومتر | |||||
لقد نظرنا في حاجز مستطيل الشكل. في حالة وجود حاجز محتمل ذو شكل عشوائي، على سبيل المثال، كما هو موضح في الشكل 1.7، فإن معامل الشفافية له الشكل
. (1.7.17)
يتجلى تأثير النفق في عدد من الظواهر الفيزيائية وله تطبيقات عملية مهمة. دعونا نعطي بعض الأمثلة.
1. انبعاث الإلكترونات الميدانية (الباردة)..
في 
وفي عام 1922 تم اكتشاف ظاهرة انبعاث الإلكترون البارد من المعادن تحت تأثير مجال كهربائي خارجي قوي. الرسم البياني للطاقة المحتملة شالإلكترون من الإحداثيات سيظهر في الشكل. في س
<
0 هي منطقة المعدن التي يمكن للإلكترونات أن تتحرك فيها بحرية تقريبًا. هنا الطاقة الكامنةيمكن اعتبارها ثابتة. يظهر جدار محتمل عند حدود المعدن، يمنع الإلكترون من مغادرة المعدن، ولا يمكنه فعل ذلك إلا عن طريق اكتساب طاقة إضافية، يساوي العملمخرج أ.
خارج المعدن (في س >
0) طاقة الإلكترونات الحرة لا تتغير، لذلك عندما x> 0 الرسم البياني ش(س)
يذهب أفقيا. دعونا الآن ننشئ مجالًا كهربائيًا قويًا بالقرب من المعدن. للقيام بذلك، خذ عينة معدنية على شكل إبرة حادة وقم بتوصيلها بالقطب السالب للمصدر. أرز. 1.9 مبدأ تشغيل المجهر النفقي
كا الجهد (سيكون الكاثود) ؛ سنضع قطبًا كهربائيًا آخر (أنودًا) قريبًا، وسنقوم بتوصيل القطب الموجب للمصدر به. إذا كان فرق الجهد بين الأنود والكاثود كبيرًا بدرجة كافية، فمن الممكن إنشاء مجال كهربائي بقوة حوالي 108 فولت/م بالقرب من الكاثود. يصبح الحاجز المحتمل عند السطح البيني للفراغ المعدني ضيقًا، وتتسرب الإلكترونات من خلاله وتترك المعدن.
تم استخدام الانبعاث الميداني لإنشاء أنابيب مفرغة ذات كاثودات باردة (وهي الآن غير صالحة للاستخدام عمليًا)؛ وقد وجدت الآن تطبيقًا في المجاهر النفقية,اخترع في عام 1985 من قبل J. Binning، G. Rohrer وE. Ruska.
في المجهر النفقي، يتحرك مسبار - إبرة رفيعة - على طول السطح قيد الدراسة. تقوم الإبرة بمسح السطح قيد الدراسة، حيث تكون قريبة جدًا منه بحيث يمكن للإلكترونات من الأغلفة الإلكترونية (السحب الإلكترونية) للذرات السطحية، بسبب خصائص الموجة، الوصول إلى الإبرة. وللقيام بذلك، نطبق علامة "زائد" من المصدر على الإبرة، وعلامة "ناقص" على العينة قيد الدراسة. يتناسب تيار النفق مع معامل الشفافية لحاجز الجهد بين الإبرة والسطح والذي يعتمد حسب الصيغة (1.7.16) على عرض الحاجز ل. عند مسح سطح العينة بإبرة، يختلف تيار النفق حسب المسافة ل، تكرار ملف تعريف السطح. يتم إجراء حركات دقيقة للإبرة عبر مسافات قصيرة باستخدام التأثير الكهرضغطي، ولهذا يتم تثبيت الإبرة على لوح كوارتز، الذي يتمدد أو ينكمش عند تطبيق جهد كهربائي عليه. تتيح التقنيات الحديثة إنتاج إبرة رفيعة جدًا بحيث لا يوجد سوى ذرة واحدة في نهايتها.
و 
يتم تشكيل الصورة على شاشة عرض الكمبيوتر. إذن المجهر النفقيعالية جدًا بحيث تسمح لك "برؤية" ترتيب الذرات الفردية. يوضح الشكل 1.10 صورة نموذجية للسطح الذري للسيليكون.
2. النشاط الإشعاعي ألفا ( - فساد). في هذه الظاهرة يحدث تحول عفوي للنوى المشعة، ونتيجة لذلك تنبعث نواة واحدة (وتسمى النواة الأم) جسيم وتتحول إلى نواة (ابنة) جديدة بشحنة أقل من وحدتين. ولنتذكر أن جسيم (نواة ذرة الهيليوم) يتكون من بروتونين ونيوترونين.
ه 
إذا افترضنا أن جسيم ألفا موجود كتكوين واحد داخل النواة، فإن الرسم البياني لاعتماد طاقته المحتملة على الإحداثيات في مجال النواة المشعة له الشكل الموضح في الشكل 1.11. وتتحدد بطاقة التفاعل القوي (النووي) الناتج عن تجاذب النيوكليونات لبعضها البعض، وطاقة تفاعل كولوم (التنافر الكهروستاتيكي للبروتونات).
ونتيجة لذلك، هو جسيم في النواة له طاقة ه يقع خلف الحاجز المحتمل. ونظرًا لخصائصه الموجية، هناك احتمال أن ينتهي الجسيم خارج النواة.
3. تأثير النفق فيص- ن- انتقالتستخدم في فئتين من أجهزة أشباه الموصلات: نفقو الثنائيات المعكوسة. من سمات الثنائيات النفقية وجود قسم متساقط على الفرع المباشر لخاصية الجهد الحالي - قسم ذو مقاومة تفاضلية سلبية. الشيء الأكثر إثارة للاهتمام في الثنائيات العكسية هو أنه عند توصيلها بشكل عكسي، تكون المقاومة أقل منها عند توصيلها بشكل عكسي. لمزيد من المعلومات حول الثنائيات النفقية والعكسية، راجع القسم 5.6.
تأثير النفق
تأثير الأنفاق
تأثير النفق (نفق) – مرور جسيم (أو نظام) عبر منطقة من الفضاء يُحظر البقاء فيها الميكانيكا الكلاسيكية. معظم مثال مشهورمثل هذه العملية هي مرور جسيم عبر حاجز محتمل عندما تكون طاقته E أقل من ارتفاع الحاجز U 0 . في الفيزياء الكلاسيكية، لا يمكن لجسيم أن يظهر في منطقة مثل هذا الحاجز، ناهيك عن المرور عبره، لأن هذا ينتهك قانون الحفاظ على الطاقة. ومع ذلك، في فيزياء الكم الوضع مختلف جذريا. لا يتحرك الجسيم الكمي في أي مسار محدد. لذلك، لا يسعنا إلا أن نتحدث عن احتمال العثور على جسيم في منطقة معينة من الفضاء Δωρ > ћ. وفي هذه الحالة لا يكون للطاقات الكامنة ولا الحركية قيم محددة وفقا لمبدأ عدم اليقين. يُسمح بالانحراف عن الطاقة الكلاسيكية E بمقدار ΔE خلال فترات زمنية t تعطى بواسطة علاقة عدم اليقين ΔEΔt > ћ (ћ = ح/2π، حيث ح – ثابت بلانك).
يرجع احتمال مرور الجسيم عبر حاجز محتمل إلى متطلبات الاستمرارية وظيفة الموجةعلى جدران الحاجز المحتمل. يرتبط احتمال اكتشاف جسيم على اليمين واليسار ببعضهما البعض بعلاقة تعتمد على الفرق E - U(x) في منطقة حاجز الجهد وعلى عرض الحاجز x 1 - x 2 عند نقطة معينة طاقة.
ومع زيادة ارتفاع وعرض الحاجز، يقل احتمال حدوث تأثير النفق بشكل كبير. كما يتناقص احتمال حدوث تأثير النفق بسرعة مع زيادة كتلة الجسيمات.
الاختراق عبر الحاجز احتمالي. الجسيمات مع E< U 0 , натолкнувшись на барьер, может либо пройти сквозь него,
либо отразиться. Суммарная вероятность этих двух возможностей равна 1. Если
на барьер падает поток частиц с Е < U 0 , то часть этого
потока будет просачиваться сквозь барьер, а часть – отражаться. Туннельное
прохождение частицы через потенциальный барьер лежит в основе многих явлений
ядерной и الفيزياء الذرية: اضمحلال ألفا، والانبعاث البارد للإلكترونات من المعادن، والظواهر في طبقة التلامس لاثنين من أشباه الموصلات، وما إلى ذلك.
> نفق الكم
يستكشف الكم تأثير النفق . اكتشف تحت أي ظروف يحدث تأثير الرؤية النفقية، صيغة شرودنغر، نظرية الاحتمالات، المدارات الذرية.
إذا لم يكن لدى الجسم ما يكفي من الطاقة لاختراق الحاجز، فإنه يكون قادرًا على حفر نفق عبر مساحة خيالية على الجانب الآخر.
هدف التعلم
- تحديد العوامل المؤثرة على احتمالية حفر الأنفاق.
النقاط الرئيسية
- يتم استخدام النفق الكمي لأي كائن أمام الحاجز. ولكن بالنسبة للأغراض العيانية فإن احتمال حدوثه صغير.
- ينشأ تأثير النفق من صيغة المكون التخيلي لشرودنجر. وبما أنه موجود في الدالة الموجية لأي كائن، فإنه يمكن أن يوجد في الفضاء التخيلي.
- يتناقص النفق مع زيادة كتلة الجسم وزيادة الفجوة بين طاقات الجسم والحاجز.
شرط
- النفق هو المرور الميكانيكي الكمي للجسيم عبر حاجز الطاقة.
كيف يحدث تأثير النفق؟ تخيل أنك ترمي كرة، لكنها تختفي على الفور دون أن تلمس الحائط أبدًا، وتظهر على الجانب الآخر. سيبقى الجدار هنا سليما. والمثير للدهشة أن هناك احتمالًا محدودًا بأن يتحقق هذا الحدث. وتسمى هذه الظاهرة تأثير نفق الكم.
على المستوى العياني، تظل إمكانية حفر الأنفاق ضئيلة، ولكن يتم ملاحظتها باستمرار على المستوى النانوي. دعونا ننظر إلى الذرة مع المدار p. بين الفصين يوجد مستوى عقدي. هناك احتمال أن يتم العثور على الإلكترون في أي نقطة. ومع ذلك، تنتقل الإلكترونات من فص إلى آخر عن طريق النفق الكمي. إنهم ببساطة لا يمكن أن يكونوا في منطقة المحور، ويسافرون عبر مساحة خيالية.
يُظهر الفصوص الحمراء والزرقاء أحجامًا حيث يوجد احتمال بنسبة 90% للعثور على إلكترون في أي فترة زمنية إذا كانت المنطقة المدارية مشغولة
لا يبدو أن الفضاء الزمني حقيقي، لكنه يشارك بشكل فعال في صيغة شرودنغر:
كل المادة لها مكون موجى ويمكن أن توجد في الفضاء التخيلي. سيساعد الجمع بين كتلة الجسم وطاقته وارتفاع الطاقة في فهم الفرق في احتمالية حفر الأنفاق.
عندما يقترب الجسم من الحاجز، تتغير الدالة الموجية من موجة جيبية إلى موجة انكماشية أسية. صيغة شرودنغر:
يصبح احتمال النفق أقل مع زيادة كتلة الجسم وزيادة الفجوة بين الطاقات. الدالة الموجية لا تقترب أبدًا من الصفر، وهذا هو السبب في أن النفق شائع جدًا في المقاييس النانوية.
(حل مشاكل كتلة الفيزياء، بالإضافة إلى الكتل الأخرى، سيسمح لك باختيار ثلاثة أشخاص لجولة الدوام الكامل الذين سجلوا في حل مشاكل هذه الكتلة أكبر عددنقاط. بالإضافة إلى ذلك، واستنادًا إلى نتائج الجولة المباشرة، سيتنافس هؤلاء المرشحون للحصول على ترشيح خاص. فيزياء النظم النانوية" سيتم أيضًا اختيار 5 أشخاص آخرين حصلوا على أعلى الدرجات لجولة الدوام الكامل. مطلقعدد النقاط، لذلك بعد حل المشكلات في تخصصك هناك المعنى الكامللحل المشاكل من كتل أخرى. )
أحد الاختلافات الرئيسية بين الهياكل النانوية والأجسام العيانية هو اعتمادها على المواد الكيميائية والكيميائية الخصائص الفيزيائيةمن الحجم. مثال واضحيتم تحقيق ذلك من خلال تأثير النفق، والذي يتمثل في اختراق جزيئات الضوء (الإلكترونات والبروتونات) إلى مناطق لا يمكن الوصول إليها بقوة. يلعب هذا التأثير دور مهمفي عمليات مثل نقل الشحنة في أجهزة التمثيل الضوئي للكائنات الحية (تجدر الإشارة إلى أن مراكز التفاعل البيولوجي هي من بين الهياكل النانوية الأكثر فعالية).
يمكن تفسير تأثير النفق من خلال الطبيعة الموجية لجزيئات الضوء ومبدأ عدم اليقين. ونظرًا لحقيقة أن الجسيمات الصغيرة ليس لها موقع محدد في الفضاء، فلا يوجد مفهوم للمسار بالنسبة لها. وبالتالي، للانتقال من نقطة إلى أخرى، لا يتعين على الجسيم المرور على طول الخط الذي يربط بينهما، وبالتالي يمكنه "تجاوز" المناطق المحرمة من الطاقة. نظرًا لعدم وجود إحداثيات دقيقة للإلكترون، يتم وصف حالته باستخدام دالة موجية تميز التوزيع الاحتمالي على طول الإحداثيات. تظهر الصورة نظرة نموذجيةالدالة الموجية عند حفر الأنفاق تحت حاجز الطاقة.
احتمالا صيعتمد اختراق الإلكترون عبر حاجز محتمل على الارتفاع شوعرض الأخير ل ( فورمولا 1، غادر)،أين م- كتلة الإلكترون، ه- طاقة الإلكترون، ح - ثابت بلانك مع شريط.
1. أوجد احتمال أن ينفق الإلكترون مسافة 0.1 نانومتر إذا كان فرق الطاقةش –ه = 1 فولت ( 2 نقطة). احسب فرق الطاقة (بالإلكترون فولت والكيلو جول/مول) الذي يستطيع عنده الإلكترون أن ينفق مسافة 1 نانومتر مع احتمال 1% ( 2 نقطة).
إحدى النتائج الأكثر وضوحًا لتأثير النفق هي الاعتماد غير المعتاد على ثابت المعدل تفاعل كيميائيعلى درجة الحرارة. مع انخفاض درجة الحرارة، لا يميل ثابت المعدل إلى الصفر (كما هو متوقع من معادلة أرينيوس)، بل إلى قيمة ثابتة، والذي يتم تحديده من خلال احتمالية حفر الأنفاق النووية ع( F الصيغة 2، اليسار)، حيث أ- عامل ما قبل الأسي، هأ – طاقة التنشيط . يمكن تفسير ذلك بحقيقة أنه متى درجات حرارة عاليةفقط تلك الجسيمات التي تكون طاقتها أعلى من طاقة الحاجز تدخل في التفاعل، ومتى درجات الحرارة المنخفضةيحدث التفاعل فقط بسبب تأثير النفق.
2. من البيانات التجريبية أدناه، حدد طاقة التنشيط واحتمال حفر الأنفاق ( 3 نقاط).
|
ك(ت)، ج – 1 |
|
في الكم الحديث الأجهزة الإلكترونيةيتم استخدام تأثير نفق الرنين. يحدث هذا التأثير إذا واجه الإلكترون حاجزين يفصل بينهما بئر محتمل. إذا تزامنت طاقة الإلكترون مع أحد مستويات الطاقة في البئر (هذه هي حالة الرنين)، إذن الاحتمال العاميتم تحديد النفق من خلال المرور عبر حاجزين رفيعين، أما إذا لم يكن كذلك، فسيظهر حاجز عريض في مسار الإلكترون، والذي يتضمن بئر محتمل، ويميل الاحتمال الإجمالي للنفق إلى 0.
3. قارن احتمالات نفق الإلكترون الرنان وغير الرنان للمعلمات التالية: عرض كل حاجز 0.5 نانومتر، وعرض البئر بين الحواجز 2 نانومتر، وارتفاع كل حاجز. الحواجز المحتملةنسبة إلى طاقة الإلكترون هي 0.5 فولت ( 3 نقاط). ما هي الأجهزة التي تستخدم مبدأ النفق ( 3 نقاط)?