Der er en mulighed for, at en kvantepartikel vil trænge igennem en barriere, der er uoverkommelig for en klassisk elementarpartikel.
Forestil dig en bold, der ruller inde i et kugleformet hul gravet i jorden. På ethvert tidspunkt fordeles boldens energi mellem dens kinetiske energi og den potentielle tyngdekraftsenergi i et forhold afhængigt af, hvor højt bolden er i forhold til bunden af hullet (ifølge termodynamikkens første lov). Når bolden når siden af hullet, er to scenarier mulige. Hvis dens samlede energi overstiger gravitationsfeltets potentielle energi, bestemt af højden af boldens placering, vil den springe ud af hullet. Hvis boldens samlede energi er mindre end den potentielle tyngdeenergi i niveau med siden af hullet, vil bolden rulle ned, tilbage i hullet, mod den modsatte side; i det øjeblik, hvor den potentielle energi er lig med boldens samlede energi, vil den stoppe og rulle tilbage. I det andet tilfælde vil bolden aldrig rulle ud af hullet, medmindre der gives yderligere kinetisk energi til den - for eksempel ved at skubbe den. Ifølge Newtons love for mekanik vil bolden aldrig forlade hullet uden at give den ekstra momentum, hvis den ikke har nok af sin egen energi til at rulle over bord.
Forestil dig nu, at grubens sider hæver sig over jordens overflade (som månekratere). Hvis bolden formår at falde over den hævede side af sådan et hul, vil den rulle videre. Det er vigtigt at huske, at i den newtonske verden af bolden og hullet, har det faktum, at bolden vil rulle videre over siden af hullet, ingen betydning, hvis bolden ikke har nok kinetisk energi til at nå den øverste kant. Hvis det ikke når kanten, vil det simpelthen ikke komme ud af hullet og følgelig under ingen forhold, ved nogen hastighed og vil ikke rulle videre nogen steder, uanset hvilken højde over overfladen uden for kanten af siden er.
I kvantemekanikkens verden er tingene anderledes. Lad os forestille os, at der er en kvantepartikel i sådan et hul. I dette tilfælde taler vi ikke længere om et rigtigt fysisk hul, men om en betinget situation, hvor en partikel kræver en vis forsyning af energi, der er nødvendig for at overvinde den barriere, der forhindrer den i at bryde ud af det, fysikere er blevet enige om at kalde "potentielt hul". Denne pit har også en energianalog af siden - den såkaldte "potentiel barriere". Så hvis niveauet af energifeltintensitet uden for den potentielle barriere er lavere end den energi, partiklen besidder, har den en chance for at være "overbord", selvom den reelle kinetiske energi af denne partikel ikke er nok til at "gå over" kanten af brættet i newtonsk forstand. Denne mekanisme af en partikel, der passerer gennem en potentiel barriere, kaldes kvantetunneleffekten.
Det fungerer sådan: I kvantemekanikken beskrives en partikel gennem en bølgefunktion, som er relateret til sandsynligheden for, at partiklen befinder sig et givet sted på et givet tidspunkt. Hvis en partikel kolliderer med en potentiel barriere, giver Schrödingers ligning os mulighed for at beregne sandsynligheden for, at partiklen trænger igennem den, da bølgefunktionen ikke bare absorberes energisk af barrieren, men slukkes meget hurtigt - eksponentielt. Med andre ord er den potentielle barriere i kvantemekanikkens verden sløret. Det forhindrer selvfølgelig partiklen i at bevæge sig, men er ikke en solid, uigennemtrængelig grænse, som det er tilfældet i klassisk newtonsk mekanik.
Hvis barrieren er lav nok, eller hvis den samlede energi af partiklen er tæt på tærsklen, giver bølgefunktionen, selvom den aftager hurtigt, når partiklen nærmer sig kanten af barrieren, den en chance for at overvinde den. Det vil sige, at der er en vis sandsynlighed for, at partiklen bliver detekteret på den anden side af den potentielle barriere - i den newtonske mekaniks verden ville dette være umuligt. Og når først partiklen har krydset kanten af barrieren (lad den have form som et månekrater), vil den frit rulle ned ad sin ydre skråning væk fra hullet, hvorfra den er kommet ud.
Et kvantetunnelkryds kan opfattes som en slags "lækage" eller "perkolation" af en partikel gennem en potentiel barriere, hvorefter partiklen bevæger sig væk fra barrieren. Der er masser af eksempler på denne slags fænomener i naturen såvel som i moderne teknologier. Tag et typisk radioaktivt henfald: en tung kerne udsender en alfapartikel bestående af to protoner og to neutroner. På den ene side kan man forestille sig denne proces på en sådan måde, at en tung kerne holder en alfapartikel inde i sig selv gennem intranukleære bindingskræfter, ligesom bolden blev holdt i hullet i vores eksempel. Men selvom en alfapartikel ikke har nok fri energi til at overvinde barrieren for intranukleære bindinger, er der stadig en mulighed for dens adskillelse fra kernen. Og ved at observere spontan alfa-emission modtager vi eksperimentel bekræftelse af tunneleffektens virkelighed.
Et andet vigtigt eksempel på tunneleffekten er processen med termonuklear fusion, der driver stjerner (se stjernernes udvikling). Et af stadierne af termonuklear fusion er kollisionen af to deuteriumkerner (en proton og en neutron hver), hvilket resulterer i dannelsen af en helium-3 kerne (to protoner og en neutron) og udsendelse af en neutron. Ifølge Coulombs lov er der mellem to partikler med samme ladning (i dette tilfælde protoner, der er en del af deuteriumkerner) en kraftig kraft af gensidig frastødning – det vil sige, at der er en kraftig potentiel barriere. I Newtons verden kunne deuteriumkerner simpelthen ikke komme tæt nok på til at syntetisere en heliumkerne. Men i stjernernes dybder er temperaturen og trykket så højt, at kernernes energi nærmer sig tærsklen for deres fusion (i vores forstand er kernerne næsten ved kanten af barrieren), hvilket resulterer i, at tunneleffekten begynder at virke, termonuklear fusion opstår – og stjernerne skinner.
Endelig anvendes tunneleffekten allerede i praksis i elektronmikroskopteknologi. Virkningen af dette værktøj er baseret på det faktum, at sondens metalspids nærmer sig overfladen under undersøgelse på ekstremt kort afstand. I dette tilfælde forhindrer potentialbarrieren elektroner fra metalatomer i at strømme til overfladen under undersøgelse. Når man flytter sonden i en ekstremt tæt afstand langs overfladen, der undersøges, ser den ud til at bevæge sig atom for atom. Når sonden er i umiddelbar nærhed af atomer, er barrieren lavere, end når sonden passerer mellem dem. Følgelig, når enheden "famler" efter et atom, stiger strømmen på grund af øget elektronlækage som følge af tunneleffekten, og i mellemrummene mellem atomerne falder strømmen. Dette giver mulighed for en detaljeret undersøgelse af overfladernes atomare strukturer, bogstaveligt talt "kortlægge" dem. Forresten giver elektronmikroskoper den endelige bekræftelse af atomteorien om stoffets struktur.
TUNNEL EFFEKT(tunneling) - kvanteovergang af et system gennem et bevægelsesområde, der er 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)- 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 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 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 
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. 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. bestemmer muligheden for termonukleare reaktioner i Solen og stjernerne ved temperaturer på titusinder og hundreder af millioner grader (se. Evolution af stjerner), samt 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 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. 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 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 auto-elektroniske 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 tunnelstrømmen fra forskellige punkter på overfladen, der undersøges, og giver 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., 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.
Tunneleffekten er et fantastisk fænomen, fuldstændig umuligt set fra klassisk fysiks synspunkt. Men i den mystiske og mystiske kvanteverden fungerer lidt forskellige love for interaktion 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 kvantemæssigt af natur og er fuldstændig i modstrid med alle love og dogmer i klassisk mekanik. Jo mere fantastisk er den verden, vi lever i.
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 det er ringere end tyngdekraften, vil det angivne objekt ikke være i stand til at forlade hullet alene. Men dette er i overensstemmelse med den klassiske fysiks love. For at overvinde kanten af hullet og fortsætte på vej, vil det helt sikkert have brug for yderligere kinetisk impuls. Dette er, hvad den store Newton sagde.
I kvanteverdenen er tingene noget anderledes. Lad os nu antage, at der er en kvantepartikel i hullet. I dette tilfælde vil vi ikke længere tale om en ægte fysisk depression i jorden, men om det, fysikere konventionelt kalder et "potentielt hul." En sådan værdi har også en analog af den fysiske side - en 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 styrken af det eksterne energifelt er mindre end partiklen, så har den en reel chance uanset dens højde. Også selvom den ikke har nok kinetisk energi i forståelsen af newtonsk fysik. Dette er den samme tunneleffekt. Det fungerer som følger. Det er typisk at beskrive enhver partikel, der ikke bruger nogen fysiske størrelser, men gennem en bølgefunktion forbundet med sandsynligheden for, at partiklen er placeret 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 forhold, under hvilke en partikel kan finde sig selv ud over 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 analogi inden for 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 adskillige kemiske processer under forhold med lave og kryogene temperaturer.
Tunnel effekt, tunnelering- at overvinde en potentiel barriere med en mikropartikel i det tilfælde, hvor dens samlede energi (som forbliver uændret under tunneling) er mindre end højden af barrieren. Tunneleffekten er i det væsentlige et naturligt fænomen, umuligt i; En analog til tunneleffekten kan være en lysbølges indtrængen i et reflekterende medium (ved afstande af størrelsesordenen af lysbølgelængden) under forhold, hvor der set fra et synspunkt opstår total intern refleksion. Fænomenet tunneling ligger til grund for mange vigtige processer i molekylær fysik, i atomkernens fysik osv.
Teori
Tunneleffekten forklares i sidste ende af sammenhængen (se også Bølge-partikel dualitet). En klassisk partikel kan ikke være inde i en potentiel højdebarriere V, hvis dens energi E< V, так как кинетическая энергия частицы s 2 / 2m = E − V bliver negativ, og dens momentum R- imaginær mængde ( m- partikelmasse). Men for en mikropartikel er denne konklusion uretfærdig: På grund af usikkerhedsforholdet gør fikseringen af en partikel i det rumlige område inde i barrieren dens momentum usikker. Derfor er der en ikke-nul sandsynlighed for at opdage en mikropartikel inde i et område, der er forbudt, set fra klassisk mekaniks synspunkt. Følgelig fremkommer en vis sandsynlighed for, at en partikel passerer gennem en potentiel barriere, hvilket svarer til tunneleffekten. Denne sandsynlighed er større, jo mindre partiklens masse er, jo smallere er den potentielle barriere, og jo mindre energi mangler partiklen for at nå højden af barrieren (det vil sige, jo mindre er forskellen) V − E ).
Sandsynligheden for passage gennem barrieren er den vigtigste faktor, der bestemmer de fysiske karakteristika af tunneleffekten. I tilfælde af en endimensionel potentialbarriere er denne karakteristik barrierens gennemsigtighedskoefficient, svarende til forholdet mellem fluxen af partikler, der passerer gennem den, og fluxen, der falder ind på barrieren. I tilfælde af en tredimensionel potentialbarriere, der begrænser et lukket område af rummet med reduceret potentiel energi (potentiel brønd), er tunneleffekten karakteriseret ved sandsynligheden w udgang af en partikel fra dette område pr. tidsenhed; størrelse w er lig med produktet af oscillationsfrekvensen af en partikel inde i en potentiel brønd og sandsynligheden for at passere gennem barrieren. Muligheden for "lækage" ud af en partikel, der oprindeligt var placeret i en potentiel brønd, fører til, at de tilsvarende partikelenerginiveauer får en endelig bredde af størrelsesordenen ca. hw (h- ), og disse tilstande bliver selv kvasi-stationære.
Eksempler
Et eksempel på manifestationen af tunneleffekten i atomfysik er processerne for autoionisering af et atom i et stærkt elektrisk felt. For nylig har processen med ionisering af et atom i feltet af en stærk elektromagnetisk bølge tiltrukket sig særlig stor opmærksomhed. Inden for kernefysik ligger tunneleffekten til grund for forståelsen af lovene for radioaktive kerner: Som et resultat af den kombinerede virkning af kortrækkende nukleare tiltrækningskræfter og elektrostatiske (Coulomb) frastødende kræfter, skal en alfapartikel, når den forlader kernen, overvinde en tredimensionel potentialbarriere af den ovenfor beskrevne type (). Uden tunnelering ville det være umuligt for termonukleære reaktioner at opstå: barrieren, der forhindrer konvergensen af reaktantkerner, der er nødvendige for fusion, overvindes dels på grund af den høje hastighed (høje temperatur) af sådanne kerner, og dels på grund af tunneleffekten.
Der er især talrige eksempler på manifestationen af tunneleffekten i faststoffysik: feltemission af elektroner fra metaller og halvledere (se Tunnelemission); fænomener i halvledere placeret i et stærkt elektrisk felt (se); migration af valenselektroner i krystalgitteret (se); effekter, der opstår ved kontakt mellem to superledere adskilt af en tynd film af normalt metal eller dielektrikum (se) osv.
Historie og opdagelsesrejsende
Litteratur
- Blokhintsev D.I., Fundamentals of Quantum Mechanics, 4. udgave, M., 1963;
- Landau L. D., Lifshits E. M., Kvantemekanik. Nonrelativistisk teori, 3. udgave, M., 1974 (Theoretical Physics, bind 3).
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 dets samlede 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. det er en 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 bånd dannet af elektroniske tilstande af individuelle eller molekylære tilstande. 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 transformationshastigheden, men dette bidrag er kun signifikant ved lave temperaturer, når overgangen over barrieren fra starttilstanden til sluttilstanden er usandsynlig på grund af den lave befolkning af de tilsvarende energiniveauer . Tunneleffekten manifesterer sig i r-tionshastighedens ikke-Arrhenius-opførsel; Et typisk eksempel er væksten af en kæde under strålingsinitierede faste stoffer. Hastigheden af denne proces ved temperatur er ca. 140 K er tilfredsstillende beskrevet af Arrhenius-loven med