ЕФЕКТ НА ТУНЕЛ
ЕФЕКТ НА ТУНЕЛ
(тунелирање), надминување на потенцијална бариера со микрочестичка во случај кога нејзината целосна (останато на Т.е. во поголемиот делнепроменет) помала висинабариера. Односно, феноменот е суштински квантен. природата, невозможно во класиката. механика; аналог на Т.е. во бранови оптиката може да се послужи со пенетрација на светлината во рефлектирачкиот медиум (на растојанија од редот на светлосната бранова должина) во услови кога, од гледна точка на геом. се случува оптика. Т.е. лежи во основата на множина важни процесиво во. и велат тие физика, во физика кај. јадра, ТВ тела итн.
Т.е. интерпретирани врз основа на (види КВАНТНА МЕХАНИКА). Класичен ch-tsa не може да биде внатре во потенцијалот. висина на бариерата V, ако нејзината енергија? импулс p - имагинарна количина (m - h-tsy). Меѓутоа, за микрочестичка овој заклучок е неправеден: поради односот на несигурност, честичката е фиксирана во просторот. областа во внатрешноста на бариерата го прави нејзиниот моментум неизвесен. Според тоа, постои ненулта веројатност да се открие микрочестичка внатре во честичка што е забрането од класична гледна точка. областа на механиката. Според тоа, се појавува дефиниција. веројатност за премин низ потенцијалот. бариера, што е она што Т.е. Оваа веројатност е поголема, колку е помала масата на супстанцијата, толку е потесен потенцијалот. бариера и колку помалку енергија недостасува за да се достигне висината на бариерата (колку е помала разликата V-?). Веројатност за минување низ бариера - Гл. фактор кој ја одредува физичката карактеристики T. e. Во случај на еднодимензионален потенцијал. таква карактеристика на бариерата е коефициентот. транспарентност на бариери, еднаков на односотпротокот на честички што минуваат низ него до протокот што паѓа на бариерата. Во случај на ограничување на тридимензионална бариера затворена областпр-ва од пониско. потенцијал енергија (потенцијален бунар), т.е. се карактеризира со веројатноста w поединецот да ја напушти оваа област во единици. време; вредноста на w е еднаква на производот на фреквенцијата на осцилација на честичката внатре во потенцијалот. јами на веројатноста за минување низ бариерата. Можноста за „истекување“ од чајот што првично беше во потенцијал. дупка, води до фактот дека соодветните h-tsдобиваат конечна ширина од редот на ћw, и тие самите стануваат квази-стационарни.
Пример за манифестација на Т.е. во во. физиката може да им служи на атомите во силна електрична. и јонизација на атом во силно електромагнетно поле. бранови. Т.е. лежи во основата на алфа распаѓањето на радиоактивните јадра. Без Т.е. би било невозможно да тече термонуклеарни реакции: Кулонов потенцијал. бариерата што ја спречува конвергенцијата на јадрата на реактантот неопходни за фузија делумно се надминува поради големата брзина (висока температура) на таквите јадра, а делумно поради топлинската енергија. Има особено бројни примери за манифестација на Т.е. во физика ТВ. тела: емисија на поле, појави во контактниот слој на границата на две PP, Џозефсон ефект итн.
Физички енциклопедиски речник. - М.: Советска енциклопедија. . 1983 .
ЕФЕКТ НА ТУНЕЛ
(тунелирање) - системи низ област на движење забранета со класично механика. Типичен пример за таков процес е минување на честичка низ потенцијална бариеракога нејзината енергија
помала од висината на бариерата. Импулс на честички Рво овој случај, утврдено од релацијата 
Каде U (x) -потенцијал енергија на честички ( Т -маса), би бил во регионот во внатрешноста на бариерата, имагинарна количина. ВО квантна механикаблагодарение на несигурен односпомеѓу импулсот и координатата, подбариерата се покажува како можна. Брановата функција на честичката во овој регион експоненцијално се распаѓа, а во квазикласична случај (види Полукласично приближување)неговата амплитуда на местото на излез од под бариерата е мала.
Една од формулациите на проблемите за поминување на потенцијалот. бариерата одговара на случајот кога стационарен проток на честички паѓа на бариерата и потребно е да се најде вредноста на пренесениот проток. За вакви проблеми се воведува коефициент. транспарентност на бариерата (коефициент на транзиција во тунел) Д,еднаков на односот на интензитетите на пренесените и инцидентните текови. Од временската реверзибилност произлегува дека коефициентот. транспарентност за транзиции во „директни“ и обратни насокисе исти. Во еднодимензионалниот случај, коефициент. транспарентноста може да се напише како
интеграцијата се врши во класично недостапен регион, X 1,2 - пресвртни точки утврдени од условот На пресвртници во класичната граница. механика, моментумот на честичката станува нула. Коф. Д 0 бара за неговата дефиниција точно решениеквантно-механички задачи.
Доколку е задоволен условот за квазикласичност
по целата должина на бариерата, со исклучок на непосредната маала на пресвртни точки x 1,2 .
коефициент Д 0 е малку поинаков од еден. Суштества разлика Д 0 од единството може да биде, на пример, во случаи кога потенцијалната крива. енергијата од едната страна на бариерата оди толку стрмно што квази-класичните не е применливо таму, или кога енергијата е блиску до висината на бариерата (т.е. изразот на експонентот е мал). За правоаголна висина на бариера У o и ширина Акоефициент транспарентноста се определува со датотеката
Каде 
Основата на бариерата одговара нула енергија. Во квази-класично случај Дмал во споредба со единството.
Др. Формулацијата на проблемот на поминување на честичка низ бариера е како што следува. Нека честичката на почетокот момент во времето е во состојба блиска до т.н. стационарна состојба, што би се случило со непробојна бариера (на пример, со бариера подигната подалеку од потенцијален бунардо висина поголема од енергијата на емитираната честичка). Оваа состојба се нарекува квази-стационарни. Исто така стационарни состојбизависноста на брановата функција на честичката од времето е дадена во овој случај со множител 
Комплексната количина овде се појавува како енергија Е, чиј имагинарен дел ја одредува веројатноста за распаѓање на квази-стационарна состојба по единица време поради Т.е.:
Во квази-класично Кога се приближува, веројатноста дадена од f-loy (3) содржи експоненцијална. фактор од ист тип како и in-f-le (1). Во случај на сферично симетричен потенцијал. бариера е веројатноста за распаѓање на квази-стационарна состојба од орбитите. квантен број лопределен со f-loy
Еве р 1,2 се радијални пресвртни точки, интеградот во кој е еднаков на нула. Фактор w 0зависи од природата на движењето во класично дозволениот дел од потенцијалот, на пример. тој е пропорционален. класичен фреквенција на осцилации на честички помеѓу ѕидовите на бариерата.
Т.е. ни овозможува да го разбереме механизмот на а-распаѓање на тешките јадра. Помеѓу -честичката и јадрото ќерка има електростатска сила. одбивност определена со f-loy На мали растојанија од редот на големината Ајадрата се такви што еф. може да се смета за негативно: 
Како резултат на тоа, веројатноста А-распаѓањето е дадено со релацијата
Еве ја енергијата на емитираната а-честичка.
Т.е. ја одредува можноста за појава на термонуклеарни реакции во Сонцето и ѕвездите на температури од десетици и стотици милиони степени (види. Еволуција на ѕвездите),
а исто така и во копнени услови во форма термонуклеарни експлозииили UTS.
Во симетричен потенцијал, кој се состои од два идентични бунари одделени со слабо пропустлива бариера, т.е. доведува до мешање на состојби во бунари, што доведува до слабо двојно расцепување на дискретни енергетски нивоа (т.н. инверзивно разделување; види Молекуларни спектри).За бескрајно периодично збир на дупки во вселената, секое ниво се претвора во зона на енергии. Ова е механизмот за формирање на тесни електронски енергии. зони во кристали со силна врскаелектрони со решетки места.
Ако на полупроводнички кристал се нанесе електрична струја. поле, тогаш зоните на дозволените електронски енергии стануваат наклонети во просторот. Така, пост ниво енергијата на електроните ги преминува сите зони. Под овие услови, преминот на електрон од едно енергетско ниво станува возможен. зони на друг поради Т. е. Класично недостапната област е зоната на забранети енергии. Овој феномен се нарекува. Дефект на Зенер. Квазикласично приближувањето овде одговара на мала вредност на електричен интензитет. полиња. Во оваа граница, веројатноста за дефект на Зенер се одредува во основа. експоненцијално, во индикаторот за сечење има голема негатива. вредност пропорционална на односот на ширината на забранетата енергија. зона на енергијата добиена од електрон во применето поле на растојание еднакво на големината на единицата ќелија.
Сличен ефект се појавува во тунелни диоди,во кои зоните се наклонети поради полупроводници R-И n-тип од двете страни на границата на нивниот контакт. Тунелирањето настанува поради фактот што во зоната каде што оди носачот на полнење има конечна количина на ненаселени состојби.
Благодарение на Т.е. електричен возможен помеѓу два метали разделени со тенок диелектрик. партиција. Овие можат да бидат и во нормални и суперспроводлива состојба. ВО вториот случајможе да се одржи Џозефсон ефект.
Т.е. Ваквите појави што се случуваат при силни електрични струи се должат. полиња, како што е автојонизацијата на атомите (види Теренска јонизација) И авто-електронски емисииод метали. Во двата случаи, електричен полето формира бариера на конечна транспарентност. Колку е посилно електричното поле, толку е попроѕирна бариерата и посилна електронската струја од металот. Врз основа на овој принцип микроскоп за скенирање тунели -уред кој ја мери струјата на тунелот од различни точкина површината што се проучува и давање информации за природата на нејзината хетерогеност.
Т.е. можно е не само во квантните системи кои се состојат од една честичка. Така, на пример, нискотемпературното движење на дислокациите во кристалите може да се поврзе со тунелирање на завршниот дел, кој се состои од многу честички. Во проблемите од овој вид, линеарната дислокација може да се претстави како еластична низа, која првично лежи по должината на оската наво еден од локалните минимуми на потенцијалот V(x, y).Овој потенцијал не зависи од y,и неговиот релјеф по оската Xе низа од локални минимуми, од кои секоја е пониска од другата за количина во зависност од механичката сила што се применува на кристалот. Напон. Движењето на дислокација под влијание на овој стрес е сведено на тунелирање во соседниот дефиниран минимум. сегмент на дислокација со последователно повлекување на неговиот преостанат дел таму. Истиот вид тунелен механизам може да биде одговорен за движењето бранови со густина на полнежво диелектрикот Peierls (види Peierls транзиција).
За да се пресметаат ефектите на тунелирање на таквите повеќедимензионални квантни системи, погодно е да се користат полукласични методи. претставување на брановата функција во форма 
Каде С-класичен системи. За Т.е. имагинарниот дел е значаен С,одредување на слабеењето на брановата функција во класично недостапен регион. За да се пресмета, се користи методот на сложени траектории.
Квантна честичка, надминување на потенцијалот. бариерата може да се поврзе со термостатот. Во класичен Механички, ова одговара на движење со триење. Така, за да се опише тунелирањето потребно е да се користи теорија наречена дисипативна квантна механика. Размислувањата од овој вид мора да се користат за да се објасни конечниот животен век на тековните состојби на контактите на Џозефсон. Во овој случај, се случува тунелирање. квантната честичка низ бариерата, а улогата на термостат ја играат електроните.
Осветлено: Landau L. D., Lifshits E. M., Quantum, 4th ed., M., 1989; Зиман Ј., Принципи на теоријата на цврста состојба, превод. од англиски јазик, 2. ed., M., 1974; Баз А.И., Зелдович Ја Б., Переломов А. Тунелски феномени во цврсти материиах, лента од англиски, М., 1973; Лихарев К.К., Вовед во динамиката на Џозефсон крстосници, М., 1985 година. B. I. Ивлев.
Физичка енциклопедија. Во 5 тома. - М.: Советска енциклопедија. Главен уредникА.М.Прохоров. 1988 .
Погледнете што е „ТУНЕЛОТ ЕФЕКТ“ во другите речници:
Модерна енциклопедија
Премин на микрочестичка чија енергија е помала од висината на бариерата низ потенцијална бариера; квантен ефект, јасно објаснето со расејувањето на моментите (и енергиите) на честичката во пределот на бариерата (види Принцип на несигурност). Како резултат на тунелот... ... Голем енциклопедиски речник
Ефект на тунел- ЕФЕКТ НА ТУНЕЛ, минување низ потенцијална бариера на микрочестичка чија енергија е помала од висината на бариерата; квантен ефект, јасно објаснет со расејувањето на моментите (и енергиите) на честичката во преградниот регион (поради несигурноста на принципот) ... Илустриран енциклопедиски речник
ефект на тунел- - [Ya.N.Luginsky, M.S.Fezi Zhilinskaya, Yu.S.Kabirov. Англиско-руски речник за електротехника и енергетско инженерство, Москва, 1999 година] Теми на електротехниката, основни концепти EN тунелен ефект ... Водич за технички преведувач
ЕФЕКТ НА ТУНЕЛ- (тунелирање) квантно механички феномен кој се состои во надминување на потенцијален потенцијал (види) со микрочестичка кога нејзината вкупна енергија е помала од висината на бариерата. Т.е. е предизвикана од брановите својства на микрочестичките и влијае на протокот на термонуклеарните... ... Голема политехничка енциклопедија
Квантна механика ... Википедија
Поминување на микрочестичка чија енергија е помала од висината на бариерата низ потенцијална бариера; квантен ефект, јасно објаснет со ширењето на моментите (и енергиите) на честичката во пределот на бариерата (види Принцип на несигурност). Како резултат на тунелот... ... енциклопедиски речник
1.7. Концептот на ефектот на тунелот.
Ефектот на тунелот е поминување на честички низ потенцијална бариера поради својства на брановичестички.
Нека честичка што се движи од лево кон десно наиде на потенцијална висинска бариера У 0 и ширина л. Според класичните концепти, честичката поминува непречено преку бариерата ако нејзината енергија Епоголема од висината на бариерата ( Е> У 0 ). Ако енергијата на честичките е помала од висината на бариерата ( Е< У 0 ), тогаш честичката се рефлектира од бариерата и почнува да се движи во спротивна насока, честичката не може да навлезе низ бариерата.
Квантната механика ги зема предвид брановите својства на честичките. За бран, левиот ѕид на бариерата е граница на два медиума, на кои бранот е поделен на два бранови - рефлектирани и прекршени Затоа, дури и со Е> У 0 можно е (иако со мала веројатност) некоја честичка да се рефлектира од бариерата, и кога Е< У 0 постои ненулта веројатност дека честичката ќе биде од другата страна на потенцијалната бариера. Во овој случај, честичката изгледаше како да „поминува низ тунел“.
Ајде да одлучиме проблемот на честичка што минува низ потенцијална бариераза наједноставниот случај на еднодимензионална правоаголна бариера, прикажана на сл. 1.6. Обликот на бариерата се одредува со функцијата
. (1.7.1)
Дозволете ни да ја напишеме равенката на Шредингер за секоја од регионите: 1( x<0 ), 2(0< x< л) и 3 ( x> л):
;
(1.7.2)
; (1.7.3)
. (1.7.4)
Да означиме
(1.7.5)
. (1.7.6)
Општите решенија на равенките (1), (2), (3) за секоја од областите имаат форма:
Решение на формата 
одговара на бран кој се шири во насока на оската x, А 
- бран кој се шири во спротивна насока. Во регион 1 мандат 
опишува инцидент на бран на бариера и терминот 
- бран што се рефлектира од бариерата. Во регионот 3 (десно од бариерата) има само бран кој се шири во насока x, така што 
.
Брановата функција мора да го задоволува условот за континуитет, затоа решенијата (6), (7), (8) на границите на потенцијалната бариера мора да бидат „зашиени“. За да го направите ова, ги изедначуваме брановите функции и нивните деривати на x=0 И x = л:
;
;
;
. (1.7.10)
Користејќи (1.7.7) - (1.7.10), добиваме четириравенки за одредување петкоефициенти А 1 , А 2 , А 3 ,ВО 1 И ВО 2 :
А 1 + Б 1 =А 2 + Б 2 ;
А 2 дxp( л) + Б 2 дxp(- л)= А 3 дxp(икл) ;
ик(А 1 - ВО 1 ) = (А 2 -ВО 2 ) ; (1.7.11)
(А 2 дxp( л)-ВО 2 дxp(- л) = икА 3 дxp(икл) .
За да ја добиеме петтата релација, ги воведуваме концептите на коефициенти на рефлексија и транспарентност на бариерата.
Коефициент на рефлексијада ја наречеме врската
, (1.7.12)
кој дефинира веројатностодраз на честичка од бариера.
Фактор на транспарентност
(1.7.13)
дава веројатност дека честичката ќе поминениз бариерата. Бидејќи честичката или ќе се рефлектира или ќе помине низ бариерата, збирот на овие веројатности е еднаков на една. Потоа
Р+ Д =1; (1.7.14)
. (1.7.15)
Тоа е она што е петтиоднос кој го затвора системот (1.7.11), од кој сите петкоефициенти
Од најголем интерес е коефициент на транспарентностД. По трансформациите добиваме
,
(7.1.16)
Каде Д 0 – вредност блиска до единството.
Од (1.7.16) е јасно дека транспарентноста на бариерата силно зависи од нејзината ширина л, за тоа колку е висока бариерата У 0 ја надминува енергијата на честичките Е, а исто така и на масата на честичката м.
СО 
од класична гледна точка, минување на честичка низ потенцијална бариера кај Е<
У 0
е во спротивност со законот за зачувување на енергијата. Факт е дека кога класичната честичка би била во одреден момент во пределот на бариерата (регион 2 на сл. 1.7), тогаш нејзината вкупна енергија би била помала од потенцијалната енергија (а кинетичката енергија би била негативна!?). СО квантна точканема таква противречност. Ако честичката се движи кон бариера, тогаш пред да се судри со неа има многу специфична енергија. Нека интеракцијата со бариерата трае некое време
т, тогаш, според односот на неизвесност, енергијата на честичката повеќе нема да биде дефинитивна; енергетска неизвесност 
. Кога оваа несигурност ќе се покаже дека е по редот на висината на бариерата, таа престанува да биде непремостлива пречка за честичката, а честичката ќе помине низ неа.
Транспарентноста на бариерата нагло се намалува со нејзината ширина (види Табела 1.1.). Затоа, честичките можат да поминат само низ многу тесни потенцијални бариери поради механизмот за тунелирање.
Табела 1.1
Вредности на коефициентот на транспарентност за електрон на ( У 0 – Е ) = 5 eV = конст
|
л, nm | |||||
Разгледавме правоаголна бариера. Во случај на потенцијална бариера со произволна форма, на пример, како што е прикажано на сл. 1.7, коефициентот на транспарентност има форма
. (1.7.17)
Ефектот на тунелот се манифестира во голем број физички феномени и има важна практична примена. Да дадеме неколку примери.
1. Теренски електрони (ладна) емисија на електрони.
ВО 
Во 1922 година беше откриен феноменот на емисија на ладни електрони од метали под влијание на силно надворешно електрично поле. График на потенцијална енергија Уелектрон од координатите xприкажано на сл. На x
<
0 е областа на металот во која електроните можат да се движат речиси слободно. Еве потенцијална енергијаможе да се смета за константна. Потенцијален ѕид се појавува на металната граница, спречувајќи го електронот да го напушти металот, тој може да го направи тоа само со стекнување дополнителна енергија; еднакво на работаизлез А.
Надвор од металот (на x >
0) енергијата на слободните електрони не се менува, па кога x> 0 графикот У(x)
оди хоризонтално. Ајде сега да создадеме силно електрично поле во близина на металот. За да го направите ова, земете метален примерок во облик на остра игла и поврзете го со негативниот пол на изворот. Ориз. 1.9 Принцип на работа на тунелен микроскоп
ка напон, (тоа ќе биде катодата); Во близина ќе поставиме уште една електрода (анода), на која ќе го поврземе позитивниот пол на изворот. Ако потенцијалната разлика помеѓу анодата и катодата е доволно голема, можно е да се создаде електрично поле со јачина од околу 10 8 V/m во близина на катодата. Потенцијалната бариера на интерфејсот метал-вакуум станува тесна, електроните протекуваат низ неа и го напуштаат металот.
Емисијата на теренот беше искористена за создавање на вакуумски цевки со ладни катоди (тие сега практично не се користат); тунелни микроскопи,измислен во 1985 година од J. Binning, G. Rohrer и E. Ruska.
Во тунелен микроскоп, сонда - тенка игла - се движи по површината што се проучува. Иглата ја скенира површината што се проучува, толку блиску до неа што електроните од електронските обвивки (електронски облаци) на површинските атоми, поради брановите својства, можат да стигнат до иглата. За да го направите ова, ние применуваме „плус“ од изворот до иглата и „минус“ на примерокот што се испитува. Струјата на тунелот е пропорционална на коефициентот на проѕирност на потенцијалната бариера помеѓу иглата и површината, што, според формулата (1.7.16), зависи од ширината на бариерата л. При скенирање на површината на примерокот со игла, струјата на тунелирање варира во зависност од растојанието л, повторувајќи го површинскиот профил. Прецизните движења на иглата на кратки растојанија се вршат со помош на пиезоелектричен ефект, иглата е фиксирана на кварцна плоча, која се шири или се собира кога на неа се применува електричен напон. Современите технологии овозможуваат да се произведе игла толку тенка што на нејзиниот крај има само еден атом.
И 
сликата се формира на екранот на компјутерот. Дозвола тунелен микроскоптолку високо што ви овозможува да го „видите“ распоредот на поединечните атоми. Слика 1.10 покажува пример слика на атомската површина на силициумот.
2. Алфа радиоактивност ( – распаѓање). Во овој феномен се случува спонтана трансформација на радиоактивни јадра, како резултат на што едното јадро (се нарекува мајчино јадро) испушта честичка и се претвора во ново (ќерка) јадро со полнење помало од 2 единици. Да потсетиме дека честичката (јадрото на атом на хелиум) се состои од два протони и два неутрони.
Е 
Ако претпоставиме дека α-честичката постои како единствена формација во јадрото, тогаш графикот на зависноста на нејзината потенцијална енергија од координатата во полето на радиоактивното јадро ја има формата прикажана на сл. 1.11. Таа е одредена од енергијата на силната (нуклеарна) интеракција, предизвикана од привлекувањето на нуклеоните еден кон друг, и енергијата на Кулоновата интеракција (електростатско одбивање на протоните).
Како резултат на тоа, е честичка во јадрото со енергија Е се наоѓа зад потенцијалната бариера. Поради своите бранови својства, постои одредена веројатност дека честичката ќе заврши надвор од јадрото.
3. Тунел ефект востр- n- транзицијасе користи во две класи на полупроводнички уреди: тунелИ обратни диоди. Карактеристика на тунелските диоди е присуството на паѓачки дел на директната гранка на карактеристиката на струја-напон - дел со негативен диференцијален отпор. Најинтересно кај диодите за обратна насока е тоа што кога се поврзани обратно, отпорот е помал отколку кога се поврзани обратно. За повеќе информации за тунелските и обратните диоди, видете го делот 5.6.
Ефект на тунел
Ефект на тунелирање
Ефект на тунел (тунелирање) - минување на честичка (или систем) низ просторот во кој престојот е забранет класична механика. Повеќето познат примертаков процес е поминување на честичка низ потенцијална бариера кога нејзината енергија Е е помала од висината на бариерата U 0 . Во класичната физика, честичката не може да се појави во областа на таквата бариера, а уште помалку да помине низ неа, бидејќи тоа го нарушува законот за зачувување на енергијата. Меѓутоа, во квантната физика ситуацијата е фундаментално различна. Квантна честичка не се движи по некоја специфична патека. Затоа, можеме да зборуваме само за веројатноста да се најде честичка во одреден регион на просторот ΔρΔх > ћ. Во овој случај, ниту потенцијалните ниту кинетичките енергии немаат дефинитивни вредности во согласност со принципот на несигурност. Дозволено е отстапување од класичната енергија E за износот ΔE за време на временски интервали t дадени со релацијата на несигурност ΔEΔt > ћ (ћ = h/2π, каде што h – Планкова константа).
Можноста честичката да мине низ потенцијална бариера се должи на барањето за континуирано бранова функцијана ѕидовите на потенцијалната бариера. Веројатноста за откривање на честичка десно и лево е поврзана една со друга со однос што зависи од разликата E - U(x) во регионот на потенцијалната бариера и од ширината на бариерата x 1 - x 2 во дадена енергија.
Како што се зголемуваат висината и ширината на бариерата, веројатноста за ефект на тунел се намалува експоненцијално. Веројатноста за ефект на тунел исто така брзо се намалува со зголемување на масата на честичките.
Продирањето низ бариерата е веројатно. Честичка со Е< U 0 , натолкнувшись на барьер, может либо пройти сквозь него,
либо отразиться. Суммарная вероятность этих двух возможностей равна 1. Если
на барьер падает поток частиц с Е < U 0 , то часть этого
потока будет просачиваться сквозь барьер, а часть – отражаться. Туннельное
прохождение частицы через потенциальный барьер лежит в основе многих явлений
ядерной и атомска физика: алфа распаѓање, ладна емисија на електрони од метали, појави во контактниот слој на два полупроводници итн.
> Квантно тунелирање
Истражува квантна ефект на тунел . Дознајте под кои услови се јавува ефектот на видот на тунелот, формулата на Шредингер, теоријата на веројатност, атомските орбитали.
Ако објектот нема доволно енергија да ја пробие бариерата, тогаш тој може да тунелира низ замислениот простор од другата страна.
Цел на учењето
- Идентификувајте ги факторите кои влијаат на веројатноста за тунелирање.
Главни точки
- Квантно тунелирање се користи за сите предмети пред бариерата. Но, за макроскопски цели, веројатноста за појава е мала.
- Ефектот на тунелот произлегува од формулата на замислената компонента на Шредингер. Бидејќи е присутен во брановата функција на кој било објект, може да постои во имагинарен простор.
- Тунелирањето се намалува како што се зголемува телесната маса и се зголемува јазот помеѓу енергиите на објектот и бариерата.
Термин
- Тунелирањето е квантно механички премин на честичка низ енергетска бариера.
Како настанува ефектот на тунелот? Замислете дека фрлате топка, но таа веднаш исчезнува без воопшто да го допре ѕидот и се појавува на другата страна. Ѕидот овде ќе остане недопрен. Изненадувачки, постои ограничена веројатност овој настан да се реализира. Феноменот се нарекува ефект на квантно тунелирање.
На макроскопско ниво, можноста за тунелирање останува занемарлива, но постојано се забележува во наноскала. Ајде да погледнеме во атом со p орбитала. Помеѓу двата лобуси има нодална рамнина. Постои можност да се најде електрон во која било точка. Сепак, електроните се движат од еден лобус до друг со квантно тунелирање. Тие едноставно не можат да бидат во нодалната област и патуваат низ имагинарен простор.
Црвените и сините лобуси покажуваат волумени каде што има 90% веројатност да се најде електрон во кој било временски интервал ако орбиталната зона е зафатена
Временскиот простор не изгледа реален, но активно учествува во формулата на Шредингер:
Целата материја има бранова компонента и може да постои во имагинарен простор. Комбинацијата од масата, енергијата и енергетската висина на објектот ќе помогне да се разбере разликата во веројатноста за тунелирање.
Како што објектот се приближува до бариерата, брановата функција се менува од синусен бран до експоненцијално собирање. Шредингер формула:
Веројатноста за тунелирање станува помала како што се зголемува масата на објектот и се зголемува јазот помеѓу енергиите. Функцијата на брановите никогаш не се приближува до 0, поради што тунелирањето е толку вообичаено во нано размери.
(решавањето на проблемите на блокот ФИЗИКА, како и другите блокови, ќе ви овозможи да изберете ТРИ лица за целодневна рунда кои постигнале гол во решавањето на проблемите на ОВОЈ блок најголем бројпоени. Дополнително, врз основа на резултатите од директниот круг, овие кандидати ќе се натпреваруваат за посебна номинација “ Физика на наносистеми" Уште 5 лица со највисоки оценки исто така ќе бидат избрани за кругот со полно работно време. апсолутнаброј на поени, па по решавање на проблеми во вашата специјалност постои целосно значењеда решава проблеми од други блокови. )
Една од главните разлики помеѓу наноструктурите и макроскопските тела е зависноста од нивните хемиски и физички својстваод големината. Јасен примерОва се постигнува со ефектот на тунелирање, кој се состои во пенетрација на светлосни честички (електрони, протони) во области кои се енергетски недостапни за нив. Овој ефект игра важна улогаво процесите како што е преносот на полнеж во фотосинтетичките уреди на живите организми (вреди да се напомене дека центрите за биолошка реакција се меѓу најефикасните наноструктури).
Ефектот на тунелот може да се објасни со брановата природа на светлосните честички и принципот на несигурност. Поради фактот што малите честички немаат специфична положба во просторот, за нив не постои концепт на траекторија. Следствено, за да се премести од една до друга точка, честичката не мора да помине по линијата што ги поврзува, и на тој начин може да ги „заобиколи“ енергетски забранетите региони. Поради отсуството на точна координата за електрон, неговата состојба е опишана со помош на бранова функција која ја карактеризира распределбата на веројатноста долж координатата. Сликата покажува типичен изгледбранова функција при тунелирање под енергетска бариера.
Веројатност стрпенетрацијата на електрон низ потенцијална бариера зависи од висината Уи ширината на второто л ( Формула 1, лево),Каде м- електронска маса, Е– енергија на електрони, h – Планкова константа со бар.
1. Определете ја веројатноста дека електрон тунели на растојание од 0,1 nm ако енергетската разликаU -E = 1 eV ( 2 поени). Пресметајте ја енергетската разлика (во eV и kJ/mol) при која електронот може да тунелира на растојание од 1 nm со веројатност од 1% ( 2 поени).
Една од најзабележливите последици од ефектот на тунелот е необичната зависност на константата на стапката хемиска реакцијана температура. Како што температурата се намалува, константата на брзина не се стреми кон 0 (како што може да се очекува од равенката Арениус), туку кон константна вредност, што се одредува според веројатноста за нуклеарно тунелирање p( ѓ формула 2, лево), каде А- предекспоненцијален фактор, ЕА – енергија за активирање. Тоа може да се објасни со фактот дека кога високи температуриВо реакцијата влегуваат само оние честички чија енергија е поголема од бариерната енергија и кога ниски температуриреакцијата се јавува исклучиво поради ефектот на тунелот.
2. Од експерименталните податоци подолу, определете ја енергијата на активирање и веројатноста за тунелирање ( 3 поени).
|
к(Т), в – 1 |
|
Во современиот квант Електронски УредиСе користи ефектот на резонантно тунелирање. Овој ефект се јавува ако електронот наиде на две бариери разделени со потенцијален бунар. Ако енергијата на електронот се совпаѓа со едно од енергетските нивоа во бунарот (ова е резонантна состојба), тогаш вкупната веројатностТунелирањето се одредува со поминување низ две тенки бариери, но ако не, тогаш на патеката на електронот се појавува широка бариера, која вклучува потенцијален бунар, а вкупната веројатност за тунелирање се стреми кон 0.
3. Споредете ги веројатностите за резонантно и нерезонантно тунелирање на електрони за следните параметри: ширината на секоја бариера е 0,5 nm, ширината на бунарот помеѓу бариерите е 2 nm, висината на сите потенцијални бариериво однос на енергијата на електронот е 0,5 eV ( 3 поени). Кои уреди го користат принципот на тунелирање ( 3 поени)?