ТУНЕЛЕН ЕФЕКТ(тунелиране) - квантов преходсистеми през зоната на движение, забранена от класическата механика. Типичен пример за такъв процес е преминаването на частица през потенциална бариеракогато нейната енергия
по-малка височинабариера. Импулс на частиците Рв този случай се определя от отношението 
Където U(x)- потенциал енергия на частиците ( T- маса), ще бъде в района вътре в бариерата, въображаема величина. IN квантова механикаблагодарение на връзка на несигурностМежду импулса и координатата става възможно подбариерно движение. Вълновата функция на частица в тази област затихва експоненциално, а в квазикласическия случай (вж Полукласическо приближение) амплитудата му в точката на излизане от под бариерата е малка.
Една от формулировките на проблеми за преминаването на потенциала. бариера съответства на случая, когато стационарен поток от частици пада върху бариерата и е необходимо да се намери стойността на предавания поток. За такива проблеми се въвежда коеф. прозрачност на бариерата (коефициент на преход на тунела) д, равно на отношениеинтензитети на преминаващите и падащи потоци. От обратимостта на времето следва, че коеф. прозрачност за преходи в "директен" и обратни посокиса същите. В едномерния случай коеф. прозрачността може да бъде написана като
интеграцията се извършва върху класически недостъпен регион, х 1,2 - повратни точки, определени от условието При повратни точки в класическата граница. механика, импулсът на частицата става нула. Коеф. д 0 изисква за своята дефиниция точно решениеквантово-механични задачи.
Ако условието за квазикласичност е изпълнено
по цялата дължина на преградата, с изключение на непосредствената квартали на повратни точки х 1,2 коефициент д 0 е малко по-различен от единица. Същества разлика д 0 от единица може да бъде, например, в случаите, когато потенциалната крива. енергията от едната страна на бариерата върви толкова стръмно, че квазикласическата приближението не е приложимо там или когато енергията е близо до височината на бариерата (т.е. експонентният израз е малък). За правоъгълна височина на бариерата U o и ширина Акоефициент прозрачността се определя от
Където 
Основата на преградата съответства нулева енергия. В почти класическата случай дмалък в сравнение с единството.
д-р Формулировката на проблема за преминаването на частица през бариера е следната. Нека частицата в началото момент във времето е в състояние близко до т.нар. стационарно състояние, което би се случило с непроницаема бариера (например с бариера, повдигната далеч от потенциален кладенецна височина, по-голяма от енергията на излъчената частица). Това състояние се нарича квазистационарен. По същия начин стационарни състояниязависимостта на вълновата функция на една частица от времето се дава в този случай от множителя 
Комплексното количество се появява тук като енергия д, имагинерната част определя вероятността от разпадане на квазистационарно състояние за единица време поради T. e.:
В квазикласиката подход, вероятността, дадена от f-loy (3), съдържа експоненциал. фактор от същия тип като in-f-le (1). В случай на сферично симетричен потенциал. бариера е вероятността от разпадане на квазистационарно състояние от орбити. лопределя се от ф-лой
Тук r 1,2 са радиални точки на обръщане, подинтегралната функция в които е равна на нула. Фактор w 0зависи от характера на движението в класически разрешената част от потенциала, напр. той е пропорционален. класически честота на частицата между преградните стени.
Т. е. ни позволява да разберем механизма на a-разпад на тежки ядра. Между частицата и дъщерното ядро съществува електростатична сила. отблъскване, определено от f-loy На малки разстояния от порядъка на размера Аядрата са такива, че еф. потенциал може да се счита за отрицателен: 
В резултат на това вероятността А-decay се дава от отношението
Ето енергията на излъчената а-частица.
Т. е. прави възможно за термоядрени реакциина Слънцето и звездите при температури от десетки и стотици милиони градуси (вж. Еволюция на звездите), както и в земни условия във формата термоядрени експлозииили UTS.
В симетричен потенциал, състоящ се от две идентични ямки, разделени от слабо пропусклива бариера, т.е. води до състояния в кладенци, което води до слабо двойно разделяне на дискретни енергийни нива (т.нар. инверсионно разделяне; вж. Молекулярни спектри). За безкрайно периодичен набор от дупки в пространството всяко ниво се превръща в зона от енергии. Това е механизмът за образуване на тесни електронни енергии. зони в кристали с силна връзкаелектрони с места на решетката.
Ако се приложи електрически ток към полупроводников кристал. поле, тогава зоните на разрешените електронни енергии стават наклонени в пространството. По този начин нивото на пост електронната енергия преминава през всички зони. При тези условия става възможен преходът на електрон от едно енергийно ниво. зони към друга поради T. e. Класически недостъпната зона е зоната на забранените енергии. Това явление се нарича. Разбивка на Zener. Квазикласически приближението съответства тук на малка стойност на електрическия интензитет. полета. В тази граница вероятността от повреда на Zener се определя основно. експоненциален, в индикатора за изрязване има голям минус. стойност, пропорционална на отношението на ширината на забранената енергия. зона към енергията, придобита от електрон в приложено поле на разстояние, равно на размера на елементарната клетка.
Подобен ефект се проявява при тунелни диоди, в които зоните са наклонени поради полупроводници Р- И н- тип от двете страни на границата на техния контакт. Тунелирането възниква поради факта, че в зоната, в която преминава носителят, има крайна плътност на незаети състояния.
Благодарение на T. e. електрически възможно ток между два метала, разделени от тънък диелектрик. преграда. Тези метали могат да бъдат намерени както в нормални, така и в свръхпроводящо състояние. IN последният случайможе да се проведе Ефект на Джоузефсън.
Т. е. Такива явления, възникващи при силни електрически токове, се дължат. полета, като автойонизация на атоми (вж Полева йонизация)И авто-електронни емисииот метали. И в двата случая електрически полето образува бариера с ограничена прозрачност. Колкото по-силен е електрическият поле, толкова по-прозрачна е бариерата и толкова по-силен е електронният ток от метала. Въз основа на този принцип сканиращ тунелен микроскоп- устройство, което измерва тунелен ток от различни точкина изследваната повърхност и предоставяне на информация за характера на нейната хетерогенност.
Т. е. е възможно не само в квантовите системи, състоящи се от една частица. Така, например, нискотемпературното движение в кристалите може да бъде свързано с тунелиране на крайната част на дислокация, състояща се от много частици. В задачи от този вид линейна дислокация може да бъде представена като еластична струна, първоначално разположена по оста прив един от локалните минимуми на потенциала V(x, y). Този потенциал не зависи от при, а релефът му по оста хе последователност от локални минимуми, всеки от които е по-нисък от другия с количество, което зависи от механичната сила, приложена към кристала. . Движението на дислокация под въздействието на това напрежение се свежда до тунелиране в съседен определен минимум. сегмент на луксация с последващо издърпване на останалата му част там. Същият вид тунелен механизъм може да е отговорен за движението вълни на плътност на зарядав Peierls (вж Преход на Peierls).
За да се изчислят ефектите на тунелиране на такива многомерни квантови системи, е удобно да се използват полукласически методи. представяне на вълновата функция във формата 
Където С- класически системно действие. За T. e. имагинерната част е значителна С, което определя затихването на вълновата функция в класически недостъпна област. За изчисляването му се използва методът на сложните траектории.
Потенциал за преодоляване на квантовите частици. бариерата може да бъде свързана към термостата. В класически Механично това съответства на движение с триене. По този начин, за да се опише тунелирането е необходимо да се използва теория, наречена разсейващ. Съображения от този вид трябва да се използват за обяснение на крайния живот на текущите състояния на контактите на Джоузефсън. В този случай се получава тунелиране. квантова частица през бариерата, а ролята на термостат играят нормалните електрони.
Лит.:Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М., Квантова механика, 4-то издание, М., 1989; Зиман Дж., Принципи на теорията твърдо, прев. от английски, 2-ро изд., М., 1974; Баз А. И., Зелдович Я. Б., Переломов А. М., Разсейване, реакции и разпади в нерелативистката квантова механика, 2-ро изд., М., 1971; Тунелни явления в твърди тела, прев. от английски, М., 1973; Лихарев К.К., Въведение в динамиката на джозефсоновите преходи, М., 1985 г. Б. И. Ивлев.
1.7. Концепцията за тунелния ефект.
Тунелният ефект е преминаването на частици през потенциална бариера поради вълновите свойства на частиците.
Нека частица, движеща се отляво надясно, срещне потенциална бариера от височина U 0 и ширина л. Според класическите концепции частицата преминава безпрепятствено през бариера, ако има нейна енергия дпо-голяма от височината на бариерата ( д> U 0 ). Ако енергията на частиците е по-малка от височината на бариерата ( д< U 0 ), тогава частицата се отразява от бариерата и започва да се движи в обратна посока; частицата не може да проникне през бариерата.
IN квантова механикавземат се предвид вълновите свойства на частиците. За една вълна лявата стена на преградата е границата на две среди, на която вълната се разделя на две вълни - отразена и пречупена д> U 0 възможно е (макар и с малка вероятност) частица да се отрази от бариерата и когато д< U 0 има различна от нула вероятност частицата да е от другата страна потенциална бариера. В този случай частицата сякаш „минава през тунел“.
Нека решим проблемът с преминаването на частица през потенциална бариераза най-простия случай на едномерна правоъгълна преграда, показан на фиг. 1.6. Формата на бариерата се определя от функцията
. (1.7.1)
Нека напишем уравнението на Шрьодингер за всяка от областите: 1( х<0 ), 2(0< х< л) и 3( х> л):
;
(1.7.2)
; (1.7.3)
. (1.7.4)
Нека обозначим
(1.7.5)
. (1.7.6)
Общите решения на уравнения (1), (2), (3) за всяка от областите имат формата:
Решение на формата 
съответства на вълна, разпространяваща се по посока на оста х, А 
- вълна, разпространяваща се в обратна посока. В район 1 мандат 
описва падане на вълна върху бариера и терминът 
- вълна, отразена от преградата. В област 3 (вдясно от бариерата) има само вълна, разпространяваща се в посока x, така че 
.
Вълновата функция трябва да отговаря на условието за непрекъснатост, следователно решенията (6), (7), (8) на границите на потенциалната бариера трябва да бъдат „зашити“. За да направим това, приравняваме вълновите функции и техните производни при х=0 И х = л:
;
;
;
. (1.7.10)
Използвайки (1.7.7) - (1.7.10), получаваме четириуравнения за определяне петкоефициенти А 1 , А 2 , А 3 ,IN 1 И IN 2 :
А 1 +Б 1 =А 2 +Б 2 ;
А 2 дxp( л) + Б 2 дxp(- л)= А 3 дxp(ikl) ;
и К(А 1 - ВЪВ 1 ) = (А 2 -IN 2 ) ; (1.7.11)
(А 2 дxp( л)-IN 2 дxp(- л) = и КА 3 дxp(ikl) .
За да получим петата връзка, въвеждаме понятията коефициенти на отражение и прозрачност на бариерата.
Коефициент на отражениенека наречем отношението
, (1.7.12)
който определя вероятностотражение на частица от бариера.
Коефициент на прозрачност
(1.7.13)
дава вероятността, че частицата ще минепрез бариерата. Тъй като частицата или ще бъде отразена, или ще премине през бариерата, сумата от тези вероятности е равна на единица. Тогава
Р+ д =1; (1.7.14)
. (1.7.15)
Това е, което е петивръзка, която затваря системата (1.7.11), от която всички петкоефициенти
Най-голям интерес представлява коефициент на прозрачностд. След трансформациите получаваме
,
(7.1.16)
Където д 0 – стойност близка до единица.
От (1.7.16) става ясно, че прозрачността на бариерата силно зависи от нейната ширина л, колко висока е бариерата U 0 надвишава енергията на частиците д, а също и върху масата на частицата м.
СЪС 
от класическа гледна точка, преминаването на частица през потенциална бариера при д<
U 0
противоречи на закона за запазване на енергията. Факт е, че ако една класическа частица се намираше в някаква точка в бариерната област (регион 2 на фиг. 1.7), тогава нейната обща енергия би била по-малка от потенциалната енергия (а кинетичната енергия би била отрицателна!?). СЪС квантова точканяма такова противоречие. Ако една частица се движи към бариера, тогава преди да се сблъска с нея, тя има много специфична енергия. Оставете взаимодействието с бариерата да продължи известно време
T, тогава, съгласно съотношението на несигурност, енергията на частицата вече няма да бъде определена; енергийна несигурност 
. Когато тази несигурност се окаже от порядъка на височината на бариерата, тя престава да бъде непреодолимо препятствие за частицата и частицата ще премине през нея.
Прозрачността на преградата рязко намалява с нейната ширина (виж Таблица 1.1.). Следователно частиците могат да преминават само през много тесни потенциални бариери поради тунелния механизъм.
Таблица 1.1
Стойности на коефициента на прозрачност за електрон при ( U 0 – д ) = 5 eV = конст
|
л, nm | |||||
Разгледахме бариера с правоъгълна форма. В случай на потенциална бариера с произволна форма, например, както е показано на фиг. 1.7, коефициентът на прозрачност има формата
. (1.7.17)
Тунелният ефект се проявява в редица физически явления и има важни практически приложения. Нека дадем няколко примера.
1. Полева електронна (студена) емисия на електрони.
IN 
През 1922 г. е открито явлението излъчване на студени електрони от метали под въздействието на силно външно електрическо поле. Графика на потенциалната енергия Uелектрон от координата хпоказано на фиг. При х
<
0 е областта на метала, в която електроните могат да се движат почти свободно. Тук потенциалната енергия може да се счита за постоянна. На границата на метала се появява потенциална стена, която не позволява на електрона да напусне метала; той може да направи това само чрез придобиване на допълнителна енергия, равно на работаизход А.
Извън метала (при х >
0) енергията на свободните електрони не се променя, така че когато x> 0 графиката U(х)
върви хоризонтално. Нека сега създадем силно електрическо поле близо до метала. За да направите това, вземете метална проба във формата на остра игла и я свържете към отрицателния полюс на източника Ориз. 1.9 Принцип на действие на тунелен микроскоп
ka напрежение, (това ще бъде катод); Наблизо ще поставим друг електрод (анод), към който ще свържем положителния полюс на източника. Ако потенциалната разлика между анода и катода е достатъчно голяма, в близост до катода е възможно да се създаде електрическо поле със сила около 10 8 V/m. Потенциалната бариера на границата метал-вакуум става тясна, електроните изтичат през нея и напускат метала.
Полевата емисия е използвана за създаване на вакуумни тръби със студени катоди (сега те практически не се използват); сега е намерила приложение в тунелни микроскопи,изобретен през 1985 г. от J. Binning, G. Rohrer и E. Ruska.
В тунелен микроскоп сонда - тънка игла - се движи по изследваната повърхност. Иглата сканира изследваната повърхност, като е толкова близо до нея, че електрони от електронните обвивки (електронни облаци) на повърхностните атоми, поради вълновите свойства, могат да достигнат до иглата. За да направим това, прилагаме „плюс“ от източника към иглата и „минус“ към изследваната проба. Токът на тунела е пропорционален на коефициента на прозрачност на потенциалната бариера между иглата и повърхността, който според формула (1.7.16) зависи от ширината на бариерата л. При сканиране на повърхността на образец с игла, тунелният ток варира в зависимост от разстоянието л, повтаряйки профила на повърхността. Прецизните движения на иглата на къси разстояния се извършват с помощта на пиезоелектричен ефект; за това иглата е фиксирана върху кварцова плоча, която се разширява или свива, когато към нея се приложи електрическо напрежение. Съвременните технологии позволяват да се произведе толкова тънка игла, че в края й да има само един атом.
И 
изображението се формира на екрана на компютърния дисплей. Разделителната способност на тунелния микроскоп е толкова висока, че ви позволява да „видите“ подреждането на отделните атоми. Фигура 1.10 показва примерно изображение на атомната повърхност на силиций.
2. Алфа радиоактивност ( – разпад). При това явление възниква спонтанна трансформация на радиоактивни ядра, в резултат на което едно ядро (то се нарича майчино ядро) излъчва частица и се превръща в ново (дъщерно) ядро със заряд по-малък от 2 единици. Нека припомним, че частицата (ядрото на атома на хелия) се състои от два протона и два неутрона.
д 
Ако приемем, че α-частицата съществува като единична формация вътре в ядрото, тогава графиката на зависимостта на нейната потенциална енергия от координатата в полето на радиоактивното ядро има формата, показана на фиг. 1.11. Определя се от енергията на силното (ядрено) взаимодействие, причинено от привличането на нуклоните един към друг, и енергията на кулоновото взаимодействие (електростатично отблъскване на протони).
В резултат на това е частица в ядрото с енергия д се намира зад потенциалната бариера. Поради своите вълнови свойства, има известна вероятност частицата да се окаже извън ядрото.
3. Тунелен ефект Vстр- н- преходизползвани в два класа полупроводникови устройства: тунелИ обърнати диоди. Характеристика на тунелните диоди е наличието на падаща секция на директния клон на характеристиката ток-напрежение - секция с отрицателно диференциално съпротивление. Най-интересното при обратните диоди е, че при обратно свързване съпротивлението е по-малко, отколкото при обратно свързване. За повече информация относно тунелни и обратни диоди вижте раздел 5.6.
ТУНЕЛЕН ЕФЕКТ, квантов ефект, състоящ се в проникването на квантова частица през област от пространството, в която според законите на класическата физика намирането на частица е забранено. Класически частица с пълна енергия E и потенциал. поле, може да пребивава само в тези области на пространството, в които то обща енергияне надвишава потенциала. енергия U на взаимодействие с полето. Тъй като вълновата функция на квантовата частица е различна от нула в цялото пространство и вероятността за намиране на частица в определен регион на пространството се дава от квадрата на модула на вълновата функция, тогава в забранено (от гледна точка на класическата механика ) области вълновата функция е различна от нула.
T Удобно е тунелният ефект да се илюстрира с моделна задача на едномерна частица в потенциално поле U(x) (x е координатата на частицата). В случай на симетричен потенциал на двойна ямка (фиг. a), вълновата функция трябва да се „побира“ вътре в ямките, т.е. тя представлява стояща вълна. Дискретни източници на енергия нива, които се намират под бариерата, разделяща минимумите на потенциала, образуват близко разположени (почти изродени) нива. Енергийна разлика нива, компоненти, нар. тунелно разделяне, тази разлика се дължи на факта, че точното решение на проблема (вълнова функция) за всеки от случаите е локализирано в двата минимума на потенциала и всички точни решения съответстват на неизродени нива (вижте). Вероятността за тунелен ефект се определя от коефициента на предаване на вълнов пакет през бариерата, който описва нестационарното състояние на частица, локализирана в един от потенциалните минимуми.
Потенциални криви енергия U (x) на частица в случая, когато върху нея действа сила на привличане (а - две потенциални ями, b - една потенциална яма), и в случай, когато върху частицата действа сила на отблъскване (потенциал на отблъскване, ° С). E е общата енергия на частицата, x е координатата. Тънки линии изобразяват вълнови функции.
В потенциал поле с един локален минимум (фиг. b) за частица с енергия E, по-голяма от потенциала на взаимодействие при c =, дискретна енергия. няма държави, но има набор от квазистационарни състояния, в които се отнася великото. вероятността за намиране на частица близо до минимума. Вълновите пакети, съответстващи на такива квазистационарни състояния, описват метастабилни такива; вълновите пакети се разпространяват и изчезват поради ефекта на тунела. Тези състояния се характеризират със своя живот (вероятност от разпад) и енергийна ширина. ниво.
За частица в отблъскващ потенциал (фиг. c), вълнов пакет, описващ нестационарно състояние от едната страна на потенциала. бариера, дори ако енергията на дадена частица в това състояние е по-малка от височината на бариерата, тя може с определена вероятност (наречена вероятност за проникване или вероятност за тунелиране) да премине от другата страна на бариерата.
Наиб. важни за проявата на тунелния ефект: 1) тунелно разделяне на дискретни трептения, въртене. и електронен-ко-лебат. нива. Разделяне на трептенията. нива в с няколко. еквивалентни равновесни ядрени конфигурации е инверсно удвояване (по тип), разделяне на нива в с инхибирано вътрешно. въртене ( , ) или в , за които интра-мол. пренареждания, водещи до еквивалентни равновесни конфигурации (напр. PF 5). Ако е различно еквивалентните минимуми не са разделени от потенциал. бариери (например равновесни конфигурации за десни и леви комплекси), след това адекватно описание на реални кейове. системи се постига с помощта на локализирани вълнови пакети. В този случай стационарните състояния, локализирани в два минимума, са нестабилни: под въздействието на много малки смущения е възможно образуването на две състояния, локализирани в един или друг минимум.
Разделянето на квази-изродените групи се върти. състояния (т.нар. ротационни клъстери) също се дължи на тунелиране на мол. системи между няколко квартала. еквивалентни стационарни оси на въртене. Разделяне на електронните трептения. (вибронни) състояния възникват в случай на силни ефекти на Ян-Телер. Разделянето на тунела също е свързано със съществуването на образувани зони електронни състоянияиндивидуални или мол. фрагменти в периодични структура.
2) Явления на пренос на частици и елементарни възбуждания. Този набор от явления включва нестационарни процеси, които описват преходи между дискретни състояния и разпад на квазистационарни състояния. Преходи между дискретни състояния с вълнови функции, локализирани в различни състояния. минимум от една адиабата. потенциал, съответстват на различни химикали. р-ции. Тунелният ефект винаги има известен принос за скоростта на движение, но този принос е значителен само когато нисък т-рах, когато преходът над бариерата от първоначалното състояние към крайното състояние е малко вероятен поради ниското население на съответните енергийни нива. Тунелният ефект се проявява в не-Арениусово поведение на скоростта на r-tion; типичен пример- растеж на веригата по време на инициирано от радиация твърдо вещество. Скоростта на този процес при температура е прибл. 140 K се описва задоволително от закона на Арениус с
ТУНЕЛЕН ЕФЕКТ
ТУНЕЛЕН ЕФЕКТ
(тунелиране), преодоляване на потенциална бариера от микрочастица в случай, че тя е пълна (остава при T.e. през по-голямата частнепроменена) е по-малка от височината на преградата. Тоест, явлението по същество е квантово. природа, невъзможна в класическата. механика; аналог на T. e. на вълни оптиката може да се обслужва чрез проникване на светлина в отразяващата среда (на разстояния от порядъка на дължината на светлинната вълна) при условия, при които от гледна точка на геом. оптика се случва. Т. е. лежи в основата мн важни процесив при. и те казват физика, по физика при. ядра, ТВ тела и др.
Т. е. интерпретирани въз основа на (вж. КВАНТОВА МЕХАНИКА). Класически ч-ца не може да бъде вътре в потенциала. височина на бариерата V, ако нейната енергия? импулс p - въображаема величина (m - h-tsy). Въпреки това, за една микрочастица това заключение е несправедливо: поради връзката на неопределеността, частицата е фиксирана в пространството. зоната вътре в бариерата прави нейната инерция несигурна. Следователно има ненулева вероятност за откриване на микрочастица вътре в частица, която е забранена от класическа гледна точка. зона на механика. Съответно се появява определение. вероятност за преминаване през потенциала. бариера, което е това, което T. e. Тази вероятност е по-голяма, колкото по-малка е масата на веществото, толкова по-тесен е потенциалът. бариера и колкото по-малко енергия липсва за достигане на височината на бариерата (толкова по-малка е разликата V-?). Вероятност за преминаване през бариера - гл. фактор, определящ физическото характеристики T. e. В случай на едномерен потенциал. такава характеристика на преградата е коеф. прозрачност на бариерата, равна на съотношението на потока от частици, преминаващи през нея, към потока, падащ върху бариерата. В случай на ограничаване на триизмерна бариера затворена зонапр-ва от дол. потенциал енергия (потенциален кладенец), т.е. характеризира се с вероятността w индивид да напусне тази област в единици. време; стойността на w е равна на произведението на честотата на трептенията вътре в потенциала. ями върху вероятността за преминаване през бариерата. Възможността за „изтичане“ от чая, която първоначално е била в потенциала. дупка, води до факта, че съответни ч-цпридобиват крайна ширина от порядъка на ћw и самите те стават квазистационарни.
Пример за проявата на T. e. в при. физиката може да обслужва атомите в силно електрическо. и йонизация на атом в силно електромагнитно поле. вълни. Т. е. е в основата на алфа разпада на радиоактивните ядра. Без T.e. би било невъзможно протичането на термоядрени реакции: Кулонов потенциал. бариерата, която предотвратява сближаването на реагентните ядра, необходими за синтеза, се преодолява отчасти поради високата скорост (висока температура) на такива ядра и отчасти поради топлинната енергия. Особено многобройни са примерите за проява на T. e. в телевизията по физика. тела: полева емисия, явления в контактния слой на границата на две ПП, ефект на Джоузефсон и др.
Физически енциклопедичен речник. - М.: Съветска енциклопедия. . 1983 .
ТУНЕЛЕН ЕФЕКТ
(тунелиране) - системи през зона на движение, забранена от класическата механика. Типичен пример за такъв процес е преминаването на частица през потенциална бариеракогато нейната енергия
по-малко от височината на бариерата. Импулс на частиците Рв този случай се определя от отношението 
Където U(x)-потенциал енергия на частиците ( T -маса), ще бъде в района вътре в бариерата, въображаема величина. IN квантова механикаблагодарение на връзка на несигурностмежду импулса и координатата подбариерата се оказва възможна. Вълновата функция на частица в тази област затихва експоненциално, а в квазикласическия случай (вж Полукласическо приближение) амплитудата му в точката на излизане от под бариерата е малка.
Една от формулировките на проблеми за преминаването на потенциала. бариера съответства на случая, когато стационарен поток от частици пада върху бариерата и е необходимо да се намери стойността на предавания поток. За такива проблеми се въвежда коеф. прозрачност на бариерата (коефициент на преход на тунела) Д,равно на съотношението на интензитетите на предавания и падащия поток. От обратимостта на времето следва, че коеф. Прозрачните фолиа за преходи в посока "напред" и назад са еднакви. В едномерния случай коеф. прозрачността може да бъде написана като
интеграцията се извършва върху класически недостъпен регион, х 1,2 - повратни точки, определени от условието При повратни точки в класическата граница. механика, импулсът на частицата става нула. Коеф. д 0 изисква за своята дефиниция точно решение на квантовата механика. задачи.
Ако условието за квазикласичност е изпълнено
по цялата дължина на преградата, с изключение на непосредствената квартали на повратни точки х 1,2 .
коефициент д 0 е малко по-различен от единица. Същества разлика д 0 от единица може да бъде, например, в случаите, когато потенциалната крива. енергията от едната страна на бариерата върви толкова стръмно, че квазикласическата не е приложимо там или когато енергията е близо до височината на бариерата (т.е. експонентният израз е малък). За правоъгълна височина на бариерата U o и ширина Акоефициент прозрачността се определя от
Където 
Основата на бариерата съответства на нулева енергия. В квазикласиката случай дмалък в сравнение с единството.
д-р Формулировката на проблема за преминаването на частица през бариера е следната. Нека частицата в началото момент във времето е в състояние близко до т.нар. стационарно състояние, което би се случило с непроницаема бариера (например с бариера, повдигната далеч от потенциален кладенецна височина, по-голяма от енергията на излъчената частица). Това състояние се нарича квазистационарен. Подобно на стационарните състояния, зависимостта на вълновата функция на частица от времето в този случай се дава от фактора 
Комплексното количество се появява тук като енергия д, имагинерната част определя вероятността от разпадане на квазистационарно състояние за единица време поради T. e.:
В квазикласиката подход, вероятността, дадена от f-loy (3), съдържа експоненциал. фактор от същия тип като in-f-le (1). В случай на сферично симетричен потенциал. бариера е вероятността от разпадане на квазистационарно състояние от орбити. квантово число лопределя се от ф-лой
Тук r 1,2 са радиални точки на обръщане, подинтегралната функция в които е равна на нула. Фактор w 0зависи от характера на движението в класически разрешената част от потенциала, напр. той е пропорционален. класически честота на трептенията на частиците между стените на преградата.
Т. е. ни позволява да разберем механизма на a-разпад на тежки ядра. Между -частицата и дъщерното ядро съществува електростатична сила. отблъскване, определено от f-loy На малки разстояния от порядъка на размера Аядрата са такива, че еф. могат да се считат за отрицателни: 
В резултат на това вероятността А-decay се дава от отношението
Ето енергията на излъчената а-частица.
Т. е. определя възможността за протичане на термоядрени реакции в Слънцето и звездите при температури от десетки и стотици милиони градуси (вж. Еволюция на звездите),
а също и в земни условия под формата на термоядрени експлозии или CTS.
В симетричен потенциал, състоящ се от две идентични ямки, разделени от слабо пропусклива бариера, т.е. води до интерференция на състояния в ямки, което води до слабо двойно разделяне на дискретни енергийни нива (т.нар. инверсионно разделяне; вж. Молекулярни спектри).За безкрайно периодичен набор от дупки в пространството всяко ниво се превръща в зона от енергии. Това е механизмът за образуване на тесни електронни енергии. зони в кристалите със силно свързване на електрони към местата на решетката.
Ако се приложи електрически ток към полупроводников кристал. поле, тогава зоните на разрешените електронни енергии стават наклонени в пространството. По този начин нивото на пост електронната енергия преминава през всички зони. При тези условия става възможен преходът на електрон от едно енергийно ниво. зони към друга поради T. e. Класически недостъпната зона е зоната на забранените енергии. Това явление се нарича. Разбивка на Zener. Квазикласически приближението съответства тук на малка стойност на електрическия интензитет. полета. В тази граница вероятността от повреда на Zener се определя основно. експоненциален, в индикатора за изрязване има голям минус. стойност, пропорционална на отношението на ширината на забранената енергия. зона към енергията, придобита от електрон в приложено поле на разстояние, равно на размера на елементарната клетка.
Подобен ефект се проявява при тунелни диоди,в които зоните са наклонени поради полупроводници Р-И н- тип от двете страни на границата на техния контакт. Тунелирането възниква поради факта, че в зоната, където преминава носителят на заряд, има ограничено количество незаети състояния.
Благодарение на T. e. електрически възможно между два метала, разделени от тънък диелектрик. преграда. Те могат да бъдат както в нормално, така и в свръхпроводящо състояние. В последния случай може да има Ефект на Джоузефсън.
Т. е. Такива явления, възникващи при силни електрически токове, се дължат. полета, като автойонизация на атоми (вж Полева йонизация)И авто-електронни емисииот метали. И в двата случая електрически полето образува бариера с ограничена прозрачност. Колкото по-силен е електрическият поле, толкова по-прозрачна е бариерата и толкова по-силен е електронният ток от метала. Въз основа на този принцип сканиране тунелен микроскоп -
устройство, което измерва тунелен ток от различни точки на изследваната повърхност и предоставя информация за естеството на неговата хетерогенност.
Т. е. е възможно не само в квантовите системи, състоящи се от една частица. Така например нискотемпературното движение на дислокации в кристалите може да бъде свързано с тунелиране на крайната част, състояща се от много частици. В задачи от този вид линейна дислокация може да бъде представена като еластична струна, първоначално разположена по оста прив един от локалните минимуми на потенциала V(x, y).Този потенциал не зависи от y,и релефа му по оста хе последователност от локални минимуми, всеки от които е по-нисък от другия с количество, което зависи от механичната сила, приложена към кристала. волтаж. Движението на дислокация под въздействието на това напрежение се свежда до тунелиране в съседен определен минимум. сегмент на луксация с последващо издърпване на останалата му част там. Същият вид тунелен механизъм може да е отговорен за движението вълни на плътност на зарядав диелектрика на Peierls (вж преход на Peierls).
За да се изчислят ефектите на тунелиране на такива многомерни квантови системи, е удобно да се използват полукласически методи. представяне на вълновата функция във формата 
Където С-класически системи. За T. e. имагинерната част е значителна С,определяне на затихването на вълновата функция в класически недостъпна област. За изчисляването му се използва методът на сложните траектории.
Потенциал за преодоляване на квантовите частици. бариерата може да бъде свързана към термостата. В класически В механиката това съответства на движение с триене. По този начин, за да се опише тунелирането е необходимо да се използва теория, наречена дисипативна квантова механика. Съображения от този вид трябва да се използват за обяснение на крайния живот на текущите състояния на контактите на Джоузефсън. В този случай се получава тунелиране. квантова частица през бариерата, а ролята на термостат играят електроните.
Лит.:Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М., Quantum, 4-то издание, М., 1989; Ziman J., Принципи на теорията на твърдото състояние, прев. от английски, 2-ро изд., М., 1974; Баз А. И., Зелдович Я. Б., Переломов А. М., Разсейване, реакции и разпади в нерелативистката квантова механика, 2-ро изд., М., 1971; Тунелни явления в твърди тела, прев. от английски, М., 1973; Лихарев К.К., Въведение в динамиката на джозефсоновите преходи, М., 1985 г. Б. И. Ивлев.
Физическа енциклопедия. В 5 тома. - М.: Съветска енциклопедия. Главен редакторА. М. Прохоров. 1988 .
Вижте какво е "ТУНЕЛЕН ЕФЕКТ" в други речници:
Съвременна енциклопедия
Преминаване на микрочастица, чиято енергия е по-малка от височината на бариерата през потенциална бариера; квантов ефект, ясно обяснено от разсейването на импулсите (и енергиите) на частицата в бариерната област (вижте Принципа на несигурността). В резултат на тунела... ... Голям енциклопедичен речник
Тунелен ефект- ТУНЕЛЕН ЕФЕКТ, преминаването през потенциална бариера на микрочастица, чиято енергия е по-малка от височината на бариерата; квантов ефект, ясно обяснен от разсейването на импулсите (и енергиите) на частицата в бариерната област (поради несигурността на принципа) ... Илюстрован енциклопедичен речник
тунелен ефект- - [Я.Н.Лугински, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Английско-руски речник по електротехника и енергетика, Москва, 1999] Теми на електротехниката, основни понятия EN тунелен ефект ... Ръководство за технически преводач
ТУНЕЛЕН ЕФЕКТ- (тунелиране) квантово механично явление, което се състои в преодоляване на потенциален потенциал (виж) от микрочастица, когато общата й енергия е по-малка от височината на бариерата. Т. е. поради вълнови свойствамикрочастици и влияе на потока от термоядрени... ... Голяма политехническа енциклопедия
Квантова механика ... Уикипедия
Преминаване на микрочастица, чиято енергия е по-малка от височината на бариерата през потенциална бариера; квантов ефект, ясно обяснен с разпространението на импулсите (и енергиите) на частицата в бариерната област (виж Принцип на неопределеността). В резултат на тунела... ... енциклопедичен речник
тунелен ефект - невероятно явление, напълно невъзможно от гледна точка класическа физика. Но в мистериозното и тайнственото квантов святприлагат се малко по-различни закони на взаимодействие между материя и енергия. Тунелният ефект е процес на преодоляване на определена потенциална бариера, при условие че нейната енергия е по-малка от височината на бариерата. Това явление е изключително квантова природаи напълно противоречи на всички закони и догми класическа механика. тях по-невероятен свят, в който живеем.
Най-добрият начин да разберете какъв е ефектът на квантовото тунелиране е да използвате примера на топка за голф, хвърлена в дупка с известна сила. Във всяка дадена единица време общата енергия на топката е в противовес на потенциалната сила на гравитацията. Ако приемем, че тя е по-ниска от силата на гравитацията, тогава определен артикулняма да може сам да напусне дупката. Но това е в съответствие със законите на класическата физика. За да преодолее ръба на дупката и да продължи по пътя си, той определено ще се нуждае от допълнителни кинетичен импулс. Това е казал великият Нютон.
В квантовия свят нещата са малко по-различни. Сега да кажем, че в дупката има квантова частица. В този случай вече няма да говорим за истинска физическа депресия в земята, а за това, което физиците условно наричат „потенциална дупка“. Това количество също има аналог физическа дъска- енергийна бариера. Тук ситуацията се променя най-радикално. За да се осъществи така нареченият квантов преход и частицата да излезе извън бариерата, е необходимо още едно условие.
Ако напрежението на външния енергийно поле по-малка частица, тогава тя има реален шанс независимо от неговия ръст. Дори да не й стига кинетична енергияв разбирането на Нютоновата физика. Това е същият тунелен ефект. Работи по следния начин. типично е да се опише всяка частица не с помощта на някои физични величини, и през вълнова функция, свързано с вероятността дадена частица да бъде разположена в определена точка в пространството за всяка конкретна единица време.
Когато частица се сблъска с определена бариера, използвайки уравнението на Шрьодингер, можете да изчислите вероятността за преодоляване на тази бариера. Тъй като бариерата не само абсорбира енергия, но и я изгасва експоненциално. С други думи, в квантовия свят няма непреодолими бариери, а само допълнителни условия, при което частицата може да се окаже извън тези бариери. Различни препятствия, разбира се, пречат на движението на частиците, но в никакъв случай не са твърди, непроницаеми граници. Условно казано, това е своеобразна граница между два свята – физически и енергиен.
Тунелният ефект има своя аналог в ядрена физика- автойонизация на атом в мощно електрическо поле. Физиката на твърдото тяло също изобилства от примери за тунелни прояви. Това включва полева емисия, миграция, както и ефекти, възникващи при контакта на два свръхпроводника, разделени от тънък диелектричен филм. Тунелирането играе изключителна роля в изпълнението на множество химически процесив условия на ниски и криогенни температури.