TUNNEL EFFEKT(tunneling) - kvanteovergang systemer gennem området af bevægelse forbudt af klassisk mekanik. Et typisk eksempel på en sådan proces er passagen af en partikel igennem potentiel barriere når hendes energi
mindre højde barriere. Partikelmomentum R i dette tilfælde bestemt ud fra forholdet 
Hvor U(x)- potentiale partikel energi ( T- masse), ville være i området inden for barrieren, en imaginær størrelse. I kvantemekanik tak til usikkerhedsforhold Mellem impulsen og koordinaten bliver subbarrierebevægelse mulig. Bølgefunktionen af en partikel i dette område henfalder eksponentielt, og i det kvasiklassiske sag (se Semiklassisk tilnærmelse) dens amplitude ved udgangspunktet fra under barrieren er lille.
En af formuleringerne af problemer om potentialets passage. barriere svarer til det tilfælde, hvor en stationær strøm af partikler falder på barrieren, og det er nødvendigt at finde værdien af den transmitterede strøm. For sådanne problemer indføres en koefficient. barrieregennemsigtighed (tunnelovergangskoefficient) D, lig med forholdet intensiteten af de transmitterede og faldende strømme. Af tidsreversibiliteten følger, at koefficienten. gennemsigtighed for overgange i "direkte" og omvendte retninger er det samme. I det endimensionelle tilfælde koefficient. gennemsigtighed kan skrives som
integration udføres over en klassisk utilgængelig region, x 1,2 - vendepunkter bestemt ud fra betingelsen Ved vendepunkter i den klassiske grænse. mekanik, bliver partiklens momentum nul. Coef. D 0 kræver for sin definition præcis løsning kvantemekanisk opgaver.
Hvis betingelsen om kvasiklassicitet er opfyldt
i hele barrierens længde, med undtagelse af den umiddelbare kvarterer med vendepunkter x 1,2 koefficient D 0 er lidt anderledes end én. Væsner forskel D 0 fra enhed kan f.eks. være i tilfælde, hvor potentialkurven. energi fra den ene side af barrieren går så stejlt, at det kvasi-klassiske approksimationen er ikke anvendelig der, eller når energien er tæt på barrierehøjden (dvs. eksponentudtrykket er lille). Til en rektangulær barrierehøjde U o og bredde EN koefficient gennemsigtighed bestemmes af filen
Hvor 
Barrierens bund svarer til nul energi. I kvasiklassisk sag D lille i forhold til enhed.
Dr. Formuleringen af problemet med passage af en partikel gennem en barriere er som følger. Lad partiklen i begyndelsen øjeblik i tid er i en tilstand tæt på den såkaldte. stationær tilstand, hvilket ville ske med en uigennemtrængelig barriere (f.eks. med en barriere hævet væk fra potentiale godt til en højde, der er større end energien af den udsendte partikel). Denne tilstand kaldes kvasi-stationær. Ligeledes stationære tilstande afhængigheden af en partikels bølgefunktion af tid er givet i dette tilfælde af multiplikatoren 
Den komplekse mængde optræder her som energi E, bestemmer den imaginære del sandsynligheden for henfald af en kvasistationær tilstand pr. tidsenhed på grund af T. e.:
I kvasiklassisk Når man nærmer sig, indeholder sandsynligheden givet af f-loy (3) en eksponentiel. faktor af samme type som in-f-le (1). I tilfælde af et sfærisk symmetrisk potentiale. barriere er sandsynligheden for henfald af en kvasi-stationær tilstand fra baner. l bestemt af f-loy
Her r 1,2 er radiale vendepunkter, hvor integranden er lig med nul. Faktor w 0 afhænger f.eks. af bevægelsens karakter i den klassisk tilladte del af potentialet. han er proportional. klassisk hyppigheden af partiklen mellem barrierevæggene.
T.e. giver os mulighed for at forstå mekanismen for a-henfald af tunge kerner. Mellem partiklen og datterkernen er der en elektrostatisk kraft. frastødning bestemt af f-loy Ved små afstande af størrelsesordenen EN kernerne er sådan, at eff. potentiale kan betragtes som negativt: 
Som et resultat, sandsynligheden EN-henfald er givet af relationen
Her er energien af den udsendte a-partikel.
T.e. gør det muligt termonukleære reaktioner på Solen og stjernerne ved temperaturer på titusinder og hundreder af millioner af grader (se. Evolution af stjerner), samt under terrestriske forhold i form termonukleare eksplosioner eller UTS.
I et symmetrisk potentiale, bestående af to identiske brønde adskilt af en svagt permeabel barriere, dvs. fører til tilstande i brønde, hvilket fører til svag dobbeltspaltning af diskrete energiniveauer (såkaldt inversionsspaltning; se Molekylspektre). For et uendeligt periodisk sæt af huller i rummet bliver hvert niveau til en zone af energier. Dette er mekanismen for dannelsen af smalle elektronenergier. zoner i krystaller med stærk forbindelse elektroner med gittersteder.
Hvis der tilføres en elektrisk strøm til en halvlederkrystal. felt, så bliver zonerne med tilladte elektronenergier tilbøjelige i rummet. Således stillingsniveauet elektronenergi krydser alle zoner. Under disse forhold bliver overgangen af en elektron fra et energiniveau mulig. zoner til en anden på grund af T. e. Det klassisk utilgængelige område er zonen af forbudte energier. Dette fænomen kaldes. Zener-sammenbrud. Kvasiklassisk tilnærmelsen svarer her til en lille værdi af elektrisk intensitet. felter. I denne grænse bestemmes som udgangspunkt sandsynligheden for et Zener-nedbrud. eksponentiel, i cut-indikatoren er der en stor negativ. en værdi proportional med forholdet mellem bredden af den forbudte energi. zone til energien opnået af en elektron i et påført felt i en afstand svarende til størrelsen af enhedscellen.
En lignende effekt vises i tunnel dioder, hvori zonerne er skrå på grund af halvledere R- Og n-skriv på begge sider af grænsen for deres kontakt. Tunneling opstår på grund af det faktum, at der i den zone, hvor transportøren går, er en begrænset tæthed af ubesatte stater.
Takket være T. e. elektrisk muligt strøm mellem to metaller adskilt af et tyndt dielektrikum. skillevæg. Disse metaller kan findes i både normale og superledende tilstand. I sidstnævnte tilfælde kan finde sted Josephson effekt.
T.e. Sådanne fænomener, der forekommer i stærke elektriske strømme, skyldes. felter, såsom autoionisering af atomer (se Felt ionisering)Og autoelektroniske emissioner fra metaller. I begge tilfælde elektrisk feltet danner en barriere af begrænset gennemsigtighed. Jo stærkere den elektriske felt, jo mere gennemsigtig er barrieren og jo stærkere er elektronstrømmen fra metallet. Ud fra dette princip scanning tunneling mikroskop- en enhed, der måler tunnelstrøm fra forskellige punkter af den undersøgte overflade og give information om arten af dens heterogenitet.
T.e. er ikke kun muligt i kvantesystemer, der består af en enkelt partikel. Således kan for eksempel lavtemperaturbevægelser i krystaller forbindes med tunnelering af den sidste del af en dislokation, der består af mange partikler. I problemer af denne art kan en lineær dislokation repræsenteres som en elastisk streng, der i starten ligger langs aksen på i et af de lokale minima af potentialet V(x, y). Dette potentiale afhænger ikke af på, og dens relief langs aksen x er en sekvens af lokale minima, som hver er lavere end den anden med en mængde afhængig af den mekaniske kraft, der påføres krystallen. . Bevægelsen af en dislokation under påvirkning af denne spænding reduceres til at tunnelere ind i et defineret tilstødende minimum. segment af en dislokation med efterfølgende træk af dens resterende del der. Den samme slags tunnelmekanisme kan være ansvarlig for bevægelsen ladningstæthedsbølger i Peierls (se Peierls overgang).
For at beregne tunneleffekterne af sådanne multidimensionelle kvantesystemer er det praktisk at bruge semiklassiske metoder. repræsentation af bølgefunktionen i formen 
Hvor S-klassisk systemhandling. For T. e. den imaginære del er væsentlig S, som bestemmer dæmpningen af bølgefunktionen i et klassisk utilgængeligt område. For at beregne det bruges metoden med komplekse baner.
Kvantepartikel overvinde potentiale. barriere kan tilsluttes termostaten. I klassisk Mekanisk svarer dette til bevægelse med friktion. For at beskrive tunneling er det derfor nødvendigt at bruge en teori kaldet dissipative. Overvejelser af denne art skal bruges til at forklare den begrænsede levetid for nuværende tilstande af Josephson-kontakter. I dette tilfælde forekommer tunnelering. kvantepartikel gennem barrieren, og rollen som en termostat spilles af normale elektroner.
Lit.: Landau L.D., Lifshits E.M., Quantum Mechanics, 4. udgave, M., 1989; Ziman J., Teoriprincipper solid, trans. fra engelsk, 2. udg., M., 1974; Baz A. I., Zeldovich Ya. B., Perelomov A. M., Spredning, reaktioner og henfald i ikke-relativistisk kvantemekanik, 2. udgave, M., 1971; Tunnelfænomener i faste stoffer, trans. fra English, M., 1973; Likharev K.K., Introduktion til dynamikken i Josephson-kryds, M., 1985. B. I. Ivlev.
1.7. Konceptet med tunneleffekten.
Tunneleffekten er passagen af partikler gennem en potentiel barriere på grund af partiklernes bølgeegenskaber.
Lad en partikel, der bevæger sig fra venstre mod højre, støde på en potentiel højdebarriere U 0 og bredde l. Ifølge klassiske begreber passerer en partikel uhindret over en barriere, hvis dens energi E større end barrierehøjden ( E> U 0 ). Hvis partikelenergien er mindre end barrierehøjden ( E< U 0 ), så reflekteres partiklen fra barrieren og begynder at bevæge sig i den modsatte retning; partiklen kan ikke trænge igennem barrieren.
I kvantemekanik der tages hensyn til partiklernes bølgeegenskaber. For en bølge er barrierens venstre væg grænsen mellem to medier, hvor bølgen er opdelt i to bølger - reflekteret og brudt Derfor, selv med E> U 0 det er muligt (omend med en lille sandsynlighed), at en partikel reflekteres fra barrieren, og når E< U 0 der er en ikke-nul sandsynlighed for, at partiklen vil være på den anden side potentiel barriere. I dette tilfælde så partiklen ud til at "passere gennem en tunnel."
Lad os bestemme problemet med en partikel, der passerer gennem en potentiel barriere for det enkleste tilfælde af en endimensionel rektangulær barriere, vist i fig. 1.6. Barrierens form er specificeret af funktionen
. (1.7.1)
Lad os skrive Schrödinger-ligningen for hver af regionerne: 1( x<0 ), 2(0< x< l) og 3( x> l):
;
(1.7.2)
; (1.7.3)
. (1.7.4)
Lad os betegne
(1.7.5)
. (1.7.6)
Generelle løsninger af ligningerne (1), (2), (3) for hvert af områderne har formen:
Løsning af formularen 
svarer til en bølge, der udbreder sig i aksens retning x, A 
- en bølge, der udbreder sig i den modsatte retning. I region 1 semester 
beskriver en bølgehændelse på en barriere, og udtrykket 
- bølge reflekteret fra barrieren. I område 3 (til højre for barrieren) er der kun en bølge, der udbreder sig i x-retningen, så 
.
Bølgefunktionen skal opfylde kontinuitetsbetingelsen, derfor skal løsninger (6), (7), (8) ved potentialebarrierens grænser "sys". For at gøre dette, sidestiller vi bølgefunktionerne og deres afledte ved x=0 Og x = l:
;
;
;
. (1.7.10)
Ved at bruge (1.7.7) - (1.7.10) opnår vi fire ligninger at bestemme fem koefficienter EN 1 , A 2 , A 3 ,I 1 Og I 2 :
EN 1 +B 1 =A 2 +B 2 ;
EN 2 exp( l) + B 2 exp(- l)= A 3 exp(ikl) ;
ik(EN 1 - IN 1 ) = (EN 2 -I 2 ) ; (1.7.11)
(EN 2 exp( l)-I 2 exp(- l) = ikEN 3 exp(ikl) .
For at opnå den femte relation introducerer vi begreberne refleksionskoefficienter og barrieregennemsigtighed.
Refleksionskoefficient lad os kalde forholdet
, (1.7.12)
som definerer sandsynlighed refleksion af en partikel fra en barriere.
Gennemsigtighedsfaktor
(1.7.13)
giver sandsynligheden for, at partiklen vil passere gennem barrieren. Da partiklen enten vil blive reflekteret eller passere gennem barrieren, er summen af disse sandsynligheder lig med én. Derefter
R+ D =1; (1.7.14)
. (1.7.15)
Det er, hvad det er femte forhold, der lukker systemet (1.7.11), hvorfra alle fem koefficienter
Af størst interesse er gennemsigtighedskoefficientD. Efter transformationer får vi
,
(7.1.16)
Hvor D 0 – værdi tæt på enhed.
Fra (1.7.16) er det klart, at barrierens gennemsigtighed afhænger stærkt af dens bredde l, hvor høj barrieren er U 0 overstiger partikelenergien E, og også på massen af partiklen m.
MED 
fra det klassiske synspunkt, passagen af en partikel gennem en potentiel barriere ved E<
U 0
er i modstrid med loven om energibevarelse. Faktum er, at hvis en klassisk partikel var på et tidspunkt i barriereområdet (område 2 i fig. 1.7), så ville dens samlede energi være mindre end den potentielle energi (og den kinetiske energi ville være negativ!?). MED kvanteprik der er ingen sådan modsigelse. Hvis en partikel bevæger sig mod en barriere, har den, før den kolliderer med den, en meget specifik energi. Lad interaktionen med barrieren vare et stykke tid
t, så vil energien af partiklen ifølge usikkerhedsforholdet ikke længere være bestemt; energiusikkerhed 
. Når denne usikkerhed viser sig at være i størrelsesordenen af barrierens højde, ophører den med at være en uoverstigelig hindring for partiklen, og partiklen vil passere gennem den.
Barrierens gennemsigtighed aftager kraftigt med dens bredde (se tabel 1.1.). Derfor kan partikler kun passere gennem meget smalle potentielle barrierer på grund af tunnelmekanismen.
Tabel 1.1
Værdier af gennemsigtighedskoefficienten for en elektron ved ( U 0 – E ) = 5 eV = konst
|
l, nm | |||||
Vi overvejede en rektangulær barriere. I tilfælde af en potentiel barriere af vilkårlig form, for eksempel som vist i fig. 1.7, har gennemsigtighedskoefficienten formen
. (1.7.17)
Tunneleffekten viser sig i en række fysiske fænomener og har vigtige praktiske anvendelser. Lad os give nogle eksempler.
1. Feltelektron (kold) emission af elektroner.
I 
I 1922 blev fænomenet kold elektronemission fra metaller under påvirkning af et stærkt eksternt elektrisk felt opdaget. Potentiel energigraf U elektron fra koordinat x vist i fig. På x
<
0 er det område af metallet, hvor elektroner kan bevæge sig næsten frit. Her kan den potentielle energi betragtes som konstant. En potentiel væg vises ved metalgrænsen, der forhindrer elektronen i at forlade metallet; det kan kun gøre dette ved at erhverve yderligere energi, lig med arbejde Afslut EN.
Uden for metallet (kl x >
0) energien af frie elektroner ændres ikke, så når x> 0 grafen U(x)
går vandret. Lad os nu skabe et stærkt elektrisk felt nær metallet. For at gøre dette skal du tage en metalprøve i form af en skarp nål og forbinde den til kildens negative pol. Ris. 1.9 Funktionsprincip for et tunnelmikroskop
ka spænding, (det vil være katoden); Vi vil placere en anden elektrode (anode) i nærheden, som vi forbinder kildens positive pol til. Hvis potentialforskellen mellem anoden og katoden er stor nok, er det muligt at skabe et elektrisk felt med en styrke på omkring 10 8 V/m nær katoden. Potentialebarrieren ved metal-vakuum-grænsefladen bliver smal, elektroner lækker gennem den og forlader metallet.
Felt-emission blev brugt til at skabe vakuumrør med kolde katoder (de er nu praktisk talt ude af brug); det har nu fundet anvendelse i tunnelmikroskoper, opfundet i 1985 af J. Binning, G. Rohrer og E. Ruska.
I et tunnelmikroskop bevæger en sonde - en tynd nål - sig langs overfladen, der undersøges. Nålen scanner overfladen under undersøgelse, idet den er så tæt på den, at elektroner fra elektronskallerne (elektronskyer) af overfladeatomer, på grund af bølgeegenskaber, kan nå nålen. For at gøre dette anvender vi et "plus" fra kilden til nålen og et "minus" til prøven under undersøgelse. Tunnelstrømmen er proportional med gennemsigtighedskoefficienten for potentialbarrieren mellem nålen og overfladen, som ifølge formel (1.7.16) afhænger af barrierebredden l. Når man scanner overfladen af en prøve med en nål, varierer tunnelstrømmen afhængigt af afstanden l, gentagelse af overfladeprofilen. Præcisionsbevægelser af nålen over korte afstande udføres ved hjælp af den piezoelektriske effekt; til dette er nålen fastgjort på en kvartsplade, som udvider eller trækker sig sammen, når en elektrisk spænding påføres den. Moderne teknologier gør det muligt at fremstille en nål så tynd, at der kun er et atom i dens ende.
OG 
billedet dannes på computerens skærm. Opløsningen af et tunnelmikroskop er så høj, at det giver dig mulighed for at "se" arrangementet af individuelle atomer. Figur 1.10 viser et eksempelbillede af siliciums atomare overflade.
2. Alfa-radioaktivitet ( - henfald). I dette fænomen sker der en spontan transformation af radioaktive kerner, hvorved den ene kerne (den kaldes moderkernen) udsender en -partikel og bliver til en ny (datter)kerne med en ladning på mindre end 2 enheder. Lad os huske, at -partiklen (kernen af et heliumatom) består af to protoner og to neutroner.
E 
Hvis vi antager, at α-partiklen eksisterer som en enkelt formation inde i kernen, så har grafen over dens potentielle energis afhængighed af koordinaten i feltet for den radioaktive kerne formen vist i fig. 1.11. Det bestemmes af energien fra den stærke (nukleare) interaktion, forårsaget af tiltrækningen af nukleoner til hinanden, og energien fra Coulomb-interaktionen (elektrostatisk frastødning af protoner).
Som følge heraf er en partikel i kernen med energi E er placeret bag den potentielle barriere. På grund af dens bølgeegenskaber er der en vis sandsynlighed for, at -partiklen ender uden for kernen.
3. Tunnel effekt Vs- n- overgang bruges i to klasser af halvlederenheder: tunnel Og omvendte dioder. Et træk ved tunneldioder er tilstedeværelsen af en faldende sektion på den direkte gren af strømspændingskarakteristikken - en sektion med en negativ differentialmodstand. Det mest interessante ved omvendte dioder er, at når de er tilsluttet omvendt, er modstanden mindre end når de er tilsluttet i omvendt rækkefølge. For mere information om tunnel- og reversdioder, se afsnit 5.6.
TUNNEL EFFEKT, en kvanteeffekt, der består i en kvantepartikels gennemtrængning gennem et område af rummet, hvori ifølge de klassiske love fysik, er det forbudt at finde en partikel. Klassisk en partikel med total energi E og i potentiale. felt, kan kun opholde sig i de områder af rummet, hvor det total energi ikke overstiger potentialet. energi U af interaktion med feltet. Da bølgefunktionen af en kvantepartikel ikke er nul i hele rummet, og sandsynligheden for at finde en partikel i et bestemt område af rummet er givet ved kvadratet af modulet af bølgefunktionen, så i forbudt (set fra klassisk mekaniks synspunkt ) områder, hvor bølgefunktionen ikke er nul.
T Det er praktisk at illustrere tunneleffekten ved hjælp af et modelproblem af en endimensionel partikel i et potentialfelt U(x) (x er partiklens koordinat). I tilfælde af et symmetrisk dobbeltbrøndspotentiale (fig. a) skal bølgefunktionen "passe" inde i brøndene, dvs. den repræsenterer stående bølge. Diskrete energikilder niveauer, der er placeret under barrieren, der adskiller minimumsværdierne af den potentielle form tæt adskilte (næsten degenererede) niveauer. Energiforskel niveauer, komponenter, kaldet. tunnelopsplitning, skyldes denne forskel, at den nøjagtige løsning af problemet (bølgefunktion) for hvert af tilfældene er lokaliseret i både minima af potentialet og alle nøjagtige løsninger svarer til ikke-degenererede niveauer (se). Sandsynligheden for tunneleffekten bestemmes af transmissionskoefficienten for en bølgepakke gennem barrieren, som beskriver den ikke-stationære tilstand af en partikel lokaliseret i et af de potentielle minima.
Potentiale kurver energi U (x) af en partikel i det tilfælde, hvor den påvirkes af en tiltrækningskraft (a - to potentielle brønde, b - en potentiel brønd), og i det tilfælde, hvor en frastødende kraft virker på partiklen (frastødende potentiale, c). E er partiklens samlede energi, x er koordinaten. Tynde linjer viser bølgefunktioner.
I potentiale felt med ét lokalt minimum (fig. b) for en partikel med energi E større end interaktionspotentialet ved c =, diskret energi. der er ingen tilstande, men der er et sæt af kvasi-stationære tilstande, hvor det store forholder sig. sandsynligheden for at finde en partikel nær minimum. Bølgepakker svarende til sådanne kvasi-stationære tilstande beskriver metstabile; bølgepakker spredes ud og forsvinder på grund af tunneleffekten. Disse tilstande er karakteriseret ved deres levetid (sandsynlighed for henfald) og energibredde. niveau.
For en partikel i et frastødende potentiale (fig. c), en bølgepakke, der beskriver en ikke-stationær tilstand på den ene side af potentialet. barriere, selvom energien af en partikel i denne tilstand er mindre end barrierens højde, kan den med en vis sandsynlighed (kaldet sandsynlighed for gennemtrængning eller sandsynlighed for tunnelering) passere på den anden side af barrieren.
Naib. vigtigt for manifestationen af tunneleffekten: 1) tunnelopdeling af diskrete svingninger, rotation. og elektronisk-co-lebat. niveauer. Splitning af svingninger. niveauer i med flere. ækvivalente ligevægtsnukleare konfigurationer er inversionsfordobling (i type), opdeling af niveauer i med inhiberet indre. rotation ( , ) eller i , hvortil intra-mol. omlejringer, der fører til ækvivalente ligevægtskonfigurationer (f.eks. PF 5). Hvis anderledes ækvivalente minima er ikke adskilt af potentiale. barrierer (f.eks. ligevægtskonfigurationer for højre- og venstrehåndskomplekser), derefter en fyldestgørende beskrivelse af rigtige moler. systemer opnås ved hjælp af lokaliserede bølgepakker. I dette tilfælde er stationære tilstande lokaliseret i to minima ustabile: under påvirkning af meget små forstyrrelser er dannelsen af to stater lokaliseret i et eller andet minimum mulig.
Opdelingen af kvasi-degenererede grupper roterer. tilstande (såkaldte rotationsklynger) skyldes også tunnelering af mol. systemer mellem flere kvarterer. tilsvarende stationære rotationsakser. Splitning af elektronvibrationer. (vibronic) tilstande opstår i tilfælde af stærke Jahn-Teller effekter. Tunnelopdeling er også forbundet med eksistensen af dannede zoner elektroniske tilstande individ eller mol. fragmenter i periodisk struktur.
2) Fænomener med partikeloverførsel og elementære excitationer. Dette sæt af fænomener omfatter ikke-stationære processer, der beskriver overgange mellem diskrete tilstande og henfaldet af kvasi-stationære tilstande. Overgange mellem diskrete tilstande med bølgefunktioner lokaliseret i forskellige tilstande. minimum en adiabatisk. potentiale, svarer til en række forskellige kemikalier. r-tioner. Tunneleffekten yder altid et vist bidrag til bevægelseshastigheden, men dette bidrag er kun signifikant når lav t-rah, når en overbarriereovergang fra starttilstand til sluttilstand er usandsynlig på grund af den lave befolkning af de tilsvarende energiniveauer. Tunneleffekten manifesterer sig i r-tionshastighedens ikke-Arrhenius-opførsel; typisk eksempel- kædevækst under strålingsinitieret faststof. Hastigheden af denne proces ved temperatur er ca. 140 K er tilfredsstillende beskrevet af Arrhenius-loven med
TUNNEL EFFEKT
TUNNEL EFFEKT
(tunneling), overvindelse af en potentiel barriere med en mikropartikel i tilfælde af, at den er fuldstændig (forbliver ved T.e. for det meste uændret) er mindre end højden af barrieren. Det vil sige, at fænomenet i det væsentlige er kvante. natur, umulig i klassisk. mekanik; analog af T. e. i bølger optik kan tjenes ved indtrængning af lys ind i det reflekterende medium (ved afstande af størrelsesordenen af lysets bølgelængde) under forhold, hvor der ud fra et geom. optikken sker. T.e. ligger til grund for flertal vigtige processer ind kl. og de siger fysik, i fysik kl. kerner, TV kroppe osv.
T.e. fortolkes ud fra (se KVANTEMEKANIK). Klassisk ch-tsa kan ikke være inde i potentialet. barrierehøjde V, hvis dens energi? impuls p - imaginær størrelse (m - h-tsy). Men for en mikropartikel er denne konklusion uretfærdig: På grund af usikkerhedsforholdet er partiklen fikseret i rummet. område inde i barrieren gør dens momentum usikker. Derfor er der en ikke-nul sandsynlighed for at detektere en mikropartikel inde i en partikel, som er forbudt fra et klassisk synspunkt. mekanik område. Derfor fremkommer der en definition. sandsynlighed for passage gennem potentialet. barriere, som svarer til T. e. Denne sandsynlighed er større, jo mindre massen af stoffet er, jo snævrere er potentialet. barriere og jo mindre energi der mangler for at nå højden af barrieren (jo mindre forskel V-?). Sandsynlighed for at passere en barriere - Kap. faktor bestemmende fysisk egenskaber T. e. I tilfælde af et-dimensionelt potentiale. sådan en egenskab ved barrieren er koefficienten. barrieregennemsigtighed, svarende til forholdet mellem strømmen af partikler, der passerer gennem den, og strømmen, der falder ind på barrieren. I tilfælde af en tredimensionel barrierebegrænsning lukket område pr-va fra nedre. potentiel energi (potentiel brønd), dvs. karakteriseret ved sandsynligheden w for, at en person forlader dette område i enheder. tid; værdien af w er lig med produktet af frekvensen af svingninger inde i potentialet. gruber på sandsynligheden for at passere gennem barrieren. Muligheden for "lækage" ud af den te, der oprindeligt var i potentialet. hul, fører til, at tilsvarende h-ts får en endelig bredde af størrelsesordenen ћw, og disse bliver selv kvasi-stationære.
Et eksempel på manifestationen af T. e. ind kl. fysik kan tjene atomer i stærk elektrisk. og ionisering af et atom i et stærkt elektromagnetisk felt. bølger. T.e. ligger til grund for alfa-henfaldet af radioaktive kerner. Uden T. e. det ville være umuligt for termonukleære reaktioner at forekomme: Coulomb potentiale. barrieren, der forhindrer konvergensen af reaktantkerner, der er nødvendige for fusion, overvindes dels på grund af sådanne kerners høje hastighed (høje temperatur), og dels på grund af termisk energi. Der er især talrige eksempler på manifestationen af T. e. i fysik-tv. legemer: feltemission, fænomener i kontaktlaget ved grænsen af to PP'er, Josephson-effekt osv.
Fysisk encyklopædisk ordbog. - M.: Sovjetisk encyklopædi. . 1983 .
TUNNEL EFFEKT
(tunneling) - systemer gennem et bevægelsesområde forbudt af klassisk mekanik. Et typisk eksempel på en sådan proces er passagen af en partikel igennem potentiel barriere når hendes energi
mindre end højden af barrieren. Partikelmomentum R i dette tilfælde bestemt ud fra forholdet 
Hvor U(x)- potentiel partikel energi ( T - masse), ville være i området inden for barrieren, en imaginær størrelse. I kvantemekanik tak til usikkerhedsforhold mellem impulsen og koordinaten viser underbarrieren sig at være mulig. Bølgefunktionen af en partikel i dette område henfalder eksponentielt, og i det kvasiklassiske sag (se Semiklassisk tilnærmelse) dens amplitude ved udgangspunktet fra under barrieren er lille.
En af formuleringerne af problemer om potentialets passage. barriere svarer til det tilfælde, hvor en stationær strøm af partikler falder på barrieren, og det er nødvendigt at finde værdien af den transmitterede strøm. For sådanne problemer indføres en koefficient. barrieregennemsigtighed (tunnelovergangskoefficient) D, lig med forholdet mellem intensiteterne af de transmitterede og indfaldende strømme. Af tidsreversibiliteten følger, at koefficienten. Transparenter for overgange i "fremad" og baglæns retning er de samme. I det endimensionelle tilfælde koefficient. gennemsigtighed kan skrives som
integration udføres over en klassisk utilgængelig region, x 1,2 - vendepunkter bestemt ud fra betingelsen Ved vendepunkter i den klassiske grænse. mekanik, bliver partiklens momentum nul. Coef. D 0 kræver for sin definition en nøjagtig løsning af kvantemekanik. opgaver.
Hvis betingelsen om kvasiklassicitet er opfyldt
i hele barrierens længde, med undtagelse af den umiddelbare kvarterer med vendepunkter x 1,2 .
koefficient D 0 er lidt anderledes end én. Væsner forskel D 0 fra enhed kan f.eks. være i tilfælde, hvor potentialkurven. energi fra den ene side af barrieren går så stejlt, at det kvasi-klassiske ikke anvendelig der, eller når energien er tæt på barrierehøjden (dvs. eksponentudtrykket er lille). Til en rektangulær barrierehøjde U o og bredde EN koefficient gennemsigtighed bestemmes af filen
Hvor 
Basen af barrieren svarer til nul energi. I kvasiklassisk sag D lille i forhold til enhed.
Dr. Formuleringen af problemet med passage af en partikel gennem en barriere er som følger. Lad partiklen i begyndelsen øjeblik i tid er i en tilstand tæt på den såkaldte. stationær tilstand, hvilket ville ske med en uigennemtrængelig barriere (f.eks. med en barriere hævet væk fra potentiale godt til en højde, der er større end energien af den udsendte partikel). Denne tilstand kaldes kvasi-stationær. I lighed med stationære tilstande er afhængigheden af en partikels bølgefunktion af tid givet i dette tilfælde af faktoren 
Den komplekse mængde optræder her som energi E, bestemmer den imaginære del sandsynligheden for henfald af en kvasistationær tilstand pr. tidsenhed på grund af T. e.:
I kvasiklassisk Når man nærmer sig, indeholder sandsynligheden givet af f-loy (3) en eksponentiel. faktor af samme type som in-f-le (1). I tilfælde af et sfærisk symmetrisk potentiale. barriere er sandsynligheden for henfald af en kvasi-stationær tilstand fra baner. kvantetal l bestemt af f-loy
Her r 1,2 er radiale vendepunkter, hvor integranden er lig med nul. Faktor w 0 afhænger f.eks. af bevægelsens karakter i den klassisk tilladte del af potentialet. han er proportional. klassisk hyppigheden af partikeloscillationer mellem barrierens vægge.
T.e. giver os mulighed for at forstå mekanismen for a-henfald af tunge kerner. Mellem -partiklen og datterkernen er der en elektrostatisk kraft. frastødning bestemt af f-loy Ved små afstande af størrelsesordenen EN kernerne er sådan, at eff. kan betragtes som negativ: 
Som et resultat, sandsynligheden EN-henfald er givet af relationen
Her er energien af den udsendte a-partikel.
T.e. bestemmer muligheden for, at termonukleare reaktioner forekommer i Solen og stjernerne ved temperaturer på titusinder og hundreder af millioner grader (se. Evolution af stjerner),
og også under terrestriske forhold i form af termonukleare eksplosioner eller CTS.
I et symmetrisk potentiale, bestående af to identiske brønde adskilt af en svagt permeabel barriere, dvs. fører til interferens af tilstande i brønde, hvilket fører til svag dobbeltspaltning af diskrete energiniveauer (såkaldt inversionsspaltning; se Molekylspektre). For et uendeligt periodisk sæt af huller i rummet bliver hvert niveau til en zone af energier. Dette er mekanismen for dannelsen af smalle elektronenergier. zoner i krystaller med stærk kobling af elektroner til gittersteder.
Hvis der tilføres en elektrisk strøm til en halvlederkrystal. felt, så bliver zonerne med tilladte elektronenergier tilbøjelige i rummet. Således stillingsniveauet elektronenergi krydser alle zoner. Under disse forhold bliver overgangen af en elektron fra et energiniveau mulig. zoner til en anden på grund af T. e. Det klassisk utilgængelige område er zonen af forbudte energier. Dette fænomen kaldes. Zener-sammenbrud. Kvasiklassisk tilnærmelsen svarer her til en lille værdi af elektrisk intensitet. felter. I denne grænse bestemmes som udgangspunkt sandsynligheden for et Zener-nedbrud. eksponentiel, i cut-indikatoren er der en stor negativ. en værdi proportional med forholdet mellem bredden af den forbudte energi. zone til energien opnået af en elektron i et påført felt i en afstand svarende til størrelsen af enhedscellen.
En lignende effekt vises i tunnel dioder, hvori zonerne er skrå på grund af halvledere R- Og n-skriv på begge sider af grænsen for deres kontakt. Tunnelering opstår på grund af det faktum, at der i den zone, hvor ladningsbæreren går, er en begrænset mængde ubesatte tilstande.
Takket være T. e. elektrisk muligt mellem to metaller adskilt af et tyndt dielektrikum. skillevæg. Disse kan være i både normale og superledende tilstande. I sidstnævnte tilfælde kan der være Josephson effekt.
T.e. Sådanne fænomener, der forekommer i stærke elektriske strømme, skyldes. felter, såsom autoionisering af atomer (se Felt ionisering)Og autoelektroniske emissioner fra metaller. I begge tilfælde elektrisk feltet danner en barriere af begrænset gennemsigtighed. Jo stærkere den elektriske felt, jo mere gennemsigtig er barrieren og jo stærkere er elektronstrømmen fra metallet. Ud fra dette princip scanning tunnelmikroskop -
en enhed, der måler tunnelstrøm fra forskellige punkter på overfladen under undersøgelse og giver information om arten af dens heterogenitet.
T.e. er ikke kun muligt i kvantesystemer, der består af en enkelt partikel. Så for eksempel kan lavtemperaturbevægelsen af dislokationer i krystaller være forbundet med tunnelering af den sidste del, der består af mange partikler. I problemer af denne art kan en lineær dislokation repræsenteres som en elastisk streng, der i starten ligger langs aksen på i et af de lokale minima af potentialet V(x, y). Dette potentiale afhænger ikke af y, og dens relief langs aksen x er en sekvens af lokale minima, som hver er lavere end den anden med en mængde afhængig af den mekaniske kraft, der påføres krystallen. spænding. Bevægelsen af en dislokation under påvirkning af denne spænding reduceres til at tunnelere ind i et defineret tilstødende minimum. segment af en dislokation med efterfølgende træk af dens resterende del der. Den samme slags tunnelmekanisme kan være ansvarlig for bevægelsen ladningstæthedsbølger i Peierls dielektrikum (se Peierls overgang).
For at beregne tunneleffekterne af sådanne multidimensionelle kvantesystemer er det praktisk at bruge semiklassiske metoder. repræsentation af bølgefunktionen i formen 
Hvor S- klassisk systemer. For T. e. den imaginære del er væsentlig S, bestemmelse af dæmpningen af bølgefunktionen i et klassisk utilgængeligt område. For at beregne det bruges metoden med komplekse baner.
Kvantepartikel overvinde potentiale. barriere kan tilsluttes termostaten. I klassisk Mekanisk svarer dette til bevægelse med friktion. For at beskrive tunneling er det derfor nødvendigt at bruge en teori kaldet dissipativ kvantemekanik. Overvejelser af denne art skal bruges til at forklare den begrænsede levetid for nuværende tilstande af Josephson-kontakter. I dette tilfælde forekommer tunnelering. kvantepartikel gennem barrieren, og rollen som en termostat spilles af elektroner.
Lit.: Landau L. D., Lifshits E. M., Quantum, 4. udgave, M., 1989; Ziman J., Principles of Solid State Theory, trans. fra engelsk, 2. udg., M., 1974; Baz A. I., Zeldovich Ya. B., Perelomov A. M., Spredning, reaktioner og henfald i ikke-relativistisk kvantemekanik, 2. udgave, M., 1971; Tunnelfænomener i faste stoffer, trans. fra English, M., 1973; Likharev K.K., Introduktion til dynamikken i Josephson-kryds, M., 1985. B. I. Ivlev.
Fysisk encyklopædi. I 5 bind. - M.: Sovjetisk encyklopædi. Chefredaktør A. M. Prokhorov. 1988 .
Se hvad "TUNNEL EFFEKT" er i andre ordbøger:
Moderne encyklopædi
Passage af en mikropartikel, hvis energi er mindre end højden af barrieren, gennem en potentiel barriere; kvanteeffekt, tydeligt forklaret ved spredningen af momenta (og energier) af partiklen i barriereområdet (se Usikkerhedsprincippet). Som et resultat af tunnelen... ... Stor encyklopædisk ordbog
Tunnel effekt- TUNNELEFFEKT, passagen gennem en potentiel barriere af en mikropartikel, hvis energi er mindre end barrierens højde; kvanteeffekt, tydeligt forklaret af spredningen af momenta (og energier) af partiklen i barriereområdet (på grund af princippets usikkerhed) ... Illustreret encyklopædisk ordbog
tunnel effekt- - [Ya.N.Luginsky, M.S.Fezi Zhilinskaya, Yu.S.Kabirov. Engelsk-russisk ordbog for elektroteknik og kraftteknik, Moskva, 1999] Emner om elektroteknik, grundlæggende begreber EN tunneleffekt ... Teknisk oversættervejledning
TUNNEL EFFEKT- (tunneling) et kvantemekanisk fænomen, der består i at overvinde et potentielt potentiale (se) af en mikropartikel, når dens samlede energi er mindre end højden af barrieren. T.e. på grund af bølgeegenskaber mikropartikler og påvirker strømmen af termonuklear... ... Big Polytechnic Encyclopedia
Kvantemekanik ... Wikipedia
Passage af en mikropartikel, hvis energi er mindre end højden af barrieren, gennem en potentiel barriere; kvanteeffekt, tydeligt forklaret ved spredningen af momenta (og energier) af partiklen i barriereområdet (se Usikkerhedsprincippet). Som et resultat af tunnelen... ... encyklopædisk ordbog
Tunneleffekt - fantastisk fænomen, fuldstændig umuligt set fra et synspunkt klassisk fysik. Men i det mystiske og mystiske kvanteverden der gælder lidt forskellige love for vekselvirkning mellem stof og energi. Tunneleffekten er processen med at overvinde en vis potentiel barriere, forudsat at dens energi er mindre end højden af barrieren. Dette fænomen er udelukkende kvante natur og er fuldstændig i modstrid med alle love og dogmer klassisk mekanik. Dem mere fantastisk verden, hvor vi bor.
Den bedste måde at forstå, hvad kvantetunneleffekten er, er at bruge eksemplet med en golfbold kastet i et hul med en vis kraft. Ved enhver given tidsenhed er boldens samlede energi i modsætning til den potentielle tyngdekraft. Hvis vi antager, at den er ringere end tyngdekraften, så specificeret vare vil ikke være i stand til at forlade hullet på egen hånd. Men dette er i overensstemmelse med den klassiske fysiks love. For at overvinde kanten af hullet og fortsætte på sin vej, vil han helt sikkert have brug for yderligere kinetisk impuls. Dette er, hvad den store Newton sagde.
I kvanteverdenen er tingene noget anderledes. Lad os nu sige, at i hullet er der kvantepartikel. I dette tilfælde vil vi ikke længere tale om en ægte fysisk depression i jorden, men om det, fysikere konventionelt kalder et "potentielt hul." Denne mængde har også en analog fysisk tavle- energibarriere. Her ændrer situationen sig mest radikalt. For at den såkaldte kvanteovergang kan finde sted, og partiklen kan optræde uden for barrieren, er en anden betingelse nødvendig.
Hvis spændingen af det ydre energifelt mindre partikel, så har hun en reel chance uanset hans højde. Også selvom hun ikke har nok kinetisk energi i forståelsen af newtonsk fysik. Dette er den samme tunneleffekt. Det virker på følgende måde. det er typisk at beskrive enhver partikel ikke ved hjælp af nogle fysiske mængder, og igennem bølgefunktion, forbundet med sandsynligheden for, at en partikel befinder sig på et bestemt punkt i rummet ved hver specifik tidsenhed.
Når en partikel kolliderer med en bestemt barriere, ved hjælp af Schrödinger-ligningen, kan du beregne sandsynligheden for at overvinde denne barriere. Da barrieren ikke kun absorberer energi, men også slukker den eksponentielt. Med andre ord er der i kvanteverdenen ingen uoverstigelige barrierer, men kun yderligere betingelser, hvorved partiklen kan ende uden for disse barrierer. Forskellige forhindringer forstyrrer naturligvis partiklernes bevægelse, men er på ingen måde solide, uigennemtrængelige grænser. Konventionelt set er dette en slags grænseland mellem to verdener – fysisk og energisk.
Tunneleffekten har sin analog i kernefysik- autoionisering af et atom i et kraftigt elektrisk felt. Faststoffysik bugner også af eksempler på tunnelmanifestationer. Dette inkluderer feltemission, migration samt effekter, der opstår ved kontakt mellem to superledere adskilt af en tynd dielektrisk film. Tunneling spiller en enestående rolle i implementeringen af talrige kemiske processer under forhold med lave og kryogene temperaturer.