KESAN TEROWONG
KESAN TEROWONG
(terowong), mengatasi halangan berpotensi oleh zarah mikro dalam kes apabila ia lengkap (kekal di T.e. kebanyakannya tidak berubah) kurang tinggi penghalang. Iaitu, fenomena itu pada dasarnya adalah kuantum. alam semula jadi, mustahil dalam klasik. mekanik; analog T. e. dalam gelombang optik boleh dilayan oleh penembusan cahaya ke dalam medium pemantulan (pada jarak urutan panjang gelombang cahaya) dalam keadaan di mana, dari sudut pandangan geom. optik sedang berlaku. T. e. mendasari jamak proses penting dalam pada. dan mereka berkata fizik, dalam fizik di. teras, TV badan, dsb.
T. e. ditafsirkan berdasarkan (lihat MEKANIK KUANTUM). Klasik ch-tsa tidak boleh berada di dalam potensi. ketinggian penghalang V, jika tenaganya? impuls p - kuantiti khayalan (m - h-tsy). Walau bagaimanapun, untuk mikrozarah kesimpulan ini adalah tidak adil: disebabkan oleh hubungan ketidakpastian, zarah tetap di angkasa. kawasan di dalam penghalang menjadikan momentumnya tidak menentu. Oleh itu, terdapat kebarangkalian bukan sifar untuk mengesan zarah mikro di dalam zarah yang dilarang dari sudut pandangan klasik. kawasan mekanik. Sehubungan itu, definisi muncul. kebarangkalian laluan melalui potensi. penghalang, yang sepadan dengan T. e. Kebarangkalian ini lebih besar, semakin kecil jisim bahan, semakin sempit potensinya. halangan dan semakin sedikit tenaga yang hilang untuk mencapai ketinggian halangan (semakin kecil perbezaan V-?). Kebarangkalian melepasi halangan - Ch. faktor penentu fizikal ciri T. e. Dalam kes potensi satu dimensi. ciri penghalang sedemikian ialah pekali. ketelusan halangan, sama dengan nisbah aliran zarah yang melaluinya ke aliran yang jatuh pada penghalang. Dalam kes pengehadan halangan tiga dimensi kawasan tertutup pr-va dari bawah. potensi tenaga (telaga berpotensi), i.e. dicirikan oleh kebarangkalian w seseorang individu meninggalkan kawasan ini dalam unit. masa; nilai w adalah sama dengan hasil darab kekerapan ayunan di dalam potensi. lubang pada kebarangkalian melalui penghalang. Kemungkinan "kebocoran" daripada teh yang pada asalnya berpotensi. lubang, membawa kepada fakta bahawa h-ts yang sepadan memperoleh lebar terhingga susunan ћw, dan ini sendiri menjadi separa pegun.
Contoh manifestasi T. e. dalam pada. fizik boleh melayani atom dalam elektrik yang kuat. dan pengionan atom dalam medan elektromagnet yang kuat. ombak. T. e. mendasari pereputan alfa nukleus radioaktif. Tanpa T. e. ia akan menjadi mustahil untuk mengalir tindak balas termonuklear: Potensi Coulomb. halangan yang menghalang penumpuan nukleus reaktan yang diperlukan untuk pelakuran diatasi sebahagiannya disebabkan oleh kelajuan tinggi (suhu tinggi) nukleus tersebut, dan sebahagiannya disebabkan oleh tenaga haba. Terdapat banyak contoh manifestasi T. e. dalam TV fizik. badan: pelepasan medan, fenomena dalam lapisan sentuhan di sempadan dua PP, kesan Josephson, dsb.
Fizikal kamus ensiklopedia. - M.: Ensiklopedia Soviet. . 1983 .
KESAN TEROWONG
(terowong) - sistem melalui kawasan pergerakan yang dilarang oleh klasik mekanik. Contoh tipikal proses sedemikian ialah laluan zarah melalui halangan berpotensi apabila tenaganya
kurang daripada ketinggian penghalang. Momentum zarah r dalam kes ini, ditentukan daripada hubungan 
di mana U(x)- potensi tenaga zarah ( T - jisim), akan berada di kawasan di dalam penghalang, kuantiti khayalan. DALAM mekanik kuantum terima kasih kepada hubungan ketidakpastian antara impuls dan koordinat, subbarrier ternyata mungkin. Fungsi gelombang zarah di rantau ini mereput secara eksponen, dan dalam kuasiklasik kes (lihat Penghampiran separa klasik)amplitudnya pada titik keluar dari bawah penghalang adalah kecil.
Salah satu rumusan masalah tentang laluan potensi. halangan sepadan dengan kes apabila aliran zarah pegun jatuh pada penghalang dan adalah perlu untuk mencari nilai aliran yang dihantar. Untuk masalah sedemikian, pekali diperkenalkan. ketelusan halangan (pekali peralihan terowong) D, sama dengan nisbah keamatan aliran yang dihantar dan kejadian. Dari keterbalikan masa ia mengikuti bahawa pekali. ketelusan untuk peralihan dalam "langsung" dan arah terbalik adalah sama. Dalam kes satu dimensi, pekali. ketelusan boleh ditulis sebagai
integrasi dijalankan di kawasan yang tidak boleh diakses secara klasik, X 1,2 - titik pusingan ditentukan daripada keadaan Pada titik pusingan dalam had klasik. mekanik, momentum zarah menjadi sifar. Coef. D 0 memerlukan definisinya penyelesaian yang tepat kuantum-mekanikal tugasan.
Jika syarat kuasiklasik dipenuhi
sepanjang keseluruhan halangan, kecuali yang segera kejiranan titik perubahan x 1,2 .
pekali D 0 berbeza sedikit daripada satu. makhluk perbezaan D 0 daripada perpaduan boleh, sebagai contoh, dalam kes di mana keluk potensi. tenaga dari satu sisi penghalang berjalan begitu curam sehingga separa klasik tidak berkenaan di sana, atau apabila tenaga hampir dengan ketinggian penghalang (iaitu, ungkapan eksponen adalah kecil). Untuk ketinggian penghalang segi empat tepat U o dan lebar A pekali ketelusan ditentukan oleh fail
di mana 
Asas penghalang sepadan tenaga sifar. Secara kuasi klasik kes D kecil berbanding perpaduan.
Dr. Rumusan masalah laluan zarah melalui penghalang adalah seperti berikut. Biarkan zarah pada mulanya masa dalam keadaan dekat dengan apa yang dipanggil. keadaan pegun, yang akan berlaku dengan halangan yang tidak dapat ditembusi (contohnya, dengan halangan yang dinaikkan dari berpotensi dengan baik kepada ketinggian yang lebih besar daripada tenaga zarah yang dipancarkan). Negeri ini dipanggil separa pegun. Begitu juga keadaan pegun pergantungan fungsi gelombang zarah pada masa diberikan dalam kes ini oleh pengganda 
Kuantiti kompleks muncul di sini sebagai tenaga E, bahagian khayalan menentukan kebarangkalian pereputan keadaan kuasi-pegun per unit masa disebabkan oleh T. e.:
Secara kuasi klasik Apabila menghampiri, kebarangkalian yang diberikan oleh f-loy (3) mengandungi eksponen. faktor jenis yang sama seperti in-f-le (1). Dalam kes potensi simetri sfera. halangan ialah kebarangkalian pereputan keadaan separa pegun dari orbit. nombor kuantum l ditentukan oleh f-loy
Di sini r 1,2 ialah titik pusing jejari, kamiran dan di dalamnya sama dengan sifar. Faktor w 0 bergantung pada sifat pergerakan dalam bahagian potensi yang dibenarkan secara klasik, sebagai contoh. dia berkadar. klasik kekerapan ayunan zarah antara dinding penghalang.
T. e. membolehkan kita memahami mekanisme pereputan nukleus berat. Di antara -zarah dan nukleus anak perempuan terdapat daya elektrostatik. tolakan ditentukan oleh f-loy Pada jarak kecil mengikut susunan saiz A nukleus adalah sedemikian sehingga eff. boleh dianggap negatif: 
Akibatnya, kebarangkalian A-pereputan diberikan oleh hubungan
Berikut ialah tenaga zarah-a yang dipancarkan.
T. e. menentukan kemungkinan tindak balas termonuklear berlaku di Matahari dan bintang pada suhu puluhan dan ratusan juta darjah (lihat. Evolusi bintang),
dan juga dalam keadaan daratan dalam bentuk letupan termonuklear atau UTS.
Dalam potensi simetri, terdiri daripada dua telaga yang sama dipisahkan oleh penghalang telap lemah, i.e. membawa kepada gangguan keadaan dalam telaga, yang membawa kepada pemisahan dua kali ganda tahap tenaga diskret yang lemah (dipanggil pemisahan penyongsangan; lihat Spektrum molekul). Untuk set lubang berkala yang tidak terhingga di angkasa, setiap peringkat bertukar menjadi zon tenaga. Ini adalah mekanisme untuk pembentukan tenaga elektron sempit. zon dalam kristal dengan sambungan yang kuat elektron dengan tapak kekisi.
Jika arus elektrik dikenakan pada hablur semikonduktor. medan, maka zon tenaga elektron yang dibenarkan menjadi condong di angkasa. Oleh itu, peringkat jawatan tenaga elektron merentasi semua zon. Di bawah keadaan ini, peralihan elektron dari satu tahap tenaga menjadi mungkin. zon ke zon lain disebabkan T. e. Kawasan klasik yang tidak boleh diakses adalah zon tenaga terlarang. Fenomena ini dipanggil. Kerosakan Zener. Kuasiklasik anggaran sepadan di sini dengan nilai kecil keamatan elektrik. padang. Dalam had ini, kebarangkalian pecahan Zener ditentukan secara asasnya. eksponen, dalam penunjuk potong terdapat negatif yang besar. nilai yang berkadar dengan nisbah lebar tenaga terlarang. zon kepada tenaga yang diperolehi oleh elektron dalam medan yang digunakan pada jarak yang sama dengan saiz sel unit.
Kesan yang serupa muncul dalam diod terowong, di mana zon condong disebabkan oleh semikonduktor p- Dan n-taip pada kedua-dua belah sempadan kenalan mereka. Terowong berlaku disebabkan oleh fakta bahawa dalam zon di mana pembawa caj pergi terdapat jumlah keadaan terhingga yang tidak diduduki.
Terima kasih kepada T. e. elektrik mungkin antara dua logam yang dipisahkan oleh dielektrik nipis. partition. Ini boleh dalam kedua-dua normal dan keadaan superkonduktor. DALAM kes yang terakhir mungkin berlaku Kesan Josephson.
T. e. Fenomena sedemikian yang berlaku dalam arus elektrik yang kuat adalah disebabkan. bidang, seperti autoionisasi atom (lihat Pengionan medan)Dan pelepasan auto-elektronik daripada logam. Dalam kedua-dua kes, elektrik medan membentuk penghalang ketelusan terhingga. Lebih kuat elektrik medan, semakin telus penghalang dan semakin kuat arus elektron dari logam. Berdasarkan prinsip ini mengimbas mikroskop terowong - peranti yang mengukur arus terowong dari titik yang berbeza permukaan yang dikaji dan memberikan maklumat tentang sifat heterogennya.
T. e. adalah mungkin bukan sahaja dalam sistem kuantum yang terdiri daripada satu zarah. Jadi, sebagai contoh, pergerakan suhu rendah kehelan dalam kristal boleh dikaitkan dengan terowong bahagian akhir, yang terdiri daripada banyak zarah. Dalam masalah seperti ini, kehelan linear boleh diwakili sebagai rentetan elastik, pada mulanya terletak di sepanjang paksi di dalam salah satu minima tempatan potensi V(x, y). Potensi ini tidak bergantung kepada y, dan pelepasannya di sepanjang paksi X ialah jujukan minima tempatan, setiap satunya lebih rendah daripada yang lain dengan jumlah bergantung pada daya mekanikal yang dikenakan pada kristal. voltan. Pergerakan kehelan di bawah pengaruh tekanan ini dikurangkan kepada terowong ke minimum bersebelahan yang ditentukan. segmen kehelan dengan tarikan seterusnya bahagian yang tinggal di sana. Mekanisme terowong yang sama mungkin bertanggungjawab untuk pergerakan itu gelombang ketumpatan cas dalam dielektrik Peierls (lihat peralihan Peierls).
Untuk mengira kesan terowong sistem kuantum multidimensi sedemikian, adalah mudah untuk menggunakan kaedah semiklasik. perwakilan fungsi gelombang dalam bentuk 
di mana S- klasik sistem. Untuk T. e. bahagian khayalan adalah penting S, menentukan pengecilan fungsi gelombang di kawasan yang tidak boleh diakses secara klasik. Untuk mengiranya, kaedah trajektori kompleks digunakan.
Zarah kuantum, mengatasi potensi. penghalang boleh disambungkan ke termostat. Dalam klasik Secara mekanikal, ini sepadan dengan gerakan dengan geseran. Oleh itu, untuk menerangkan terowong adalah perlu untuk menggunakan teori yang dipanggil mekanik kuantum dissipative. Pertimbangan seperti ini mesti digunakan untuk menerangkan jangka hayat terhingga keadaan semasa kenalan Josephson. Dalam kes ini, terowong berlaku. zarah kuantum melalui penghalang, dan peranan termostat dimainkan oleh elektron.
Lit.: Landau L. D., Lifshits E. M., Quantum, 4th ed., M., 1989; Ziman J., Prinsip Teori Keadaan Pepejal, terj. daripada bahasa Inggeris, ed. ke-2, M., 1974; Baz A. I., Zeldovich Ya., Perelomov A. M., Penyebaran, tindak balas dan pereputan dalam mekanik kuantum bukan relativistik, ed. ke-2, M., 1971; Fenomena terowong dalam pepejal ah, lorong daripada English, M., 1973; Likharev K.K., Pengenalan kepada dinamik persimpangan Josephson, M., 1985. B. I. Ivlev.
Ensiklopedia fizikal. Dalam 5 jilid. - M.: Ensiklopedia Soviet. Ketua Pengarang A. M. Prokhorov. 1988 .
Lihat apakah "KESAN TEROWONG" dalam kamus lain:
Ensiklopedia moden
Laluan mikrozarah yang tenaganya kurang daripada ketinggian penghalang melalui halangan berpotensi; kesan kuantum, dijelaskan dengan jelas oleh serakan momenta (dan tenaga) zarah di kawasan penghalang (lihat prinsip Ketidakpastian). Akibat terowong... ... Kamus Ensiklopedia Besar
Kesan terowong- KESAN TEROWONG, laluan melalui penghalang berpotensi mikrozarah yang tenaganya kurang daripada ketinggian penghalang; kesan kuantum, dijelaskan dengan jelas oleh penyebaran momenta (dan tenaga) zarah di kawasan penghalang (disebabkan ketidakpastian prinsip) ... Kamus Ensiklopedia Bergambar
kesan terowong- - [Ya.N.Luginsky, M.S.Fezi Zhilinskaya, Yu.S.Kabirov. Kamus Inggeris-Rusia kejuruteraan elektrik dan kejuruteraan kuasa, Moscow, 1999] Topik kejuruteraan elektrik, konsep asas EN kesan terowong ... Panduan Penterjemah Teknikal
KESAN TEROWONG- (terowong) fenomena mekanikal kuantum yang terdiri daripada mengatasi potensi berpotensi (lihat) oleh zarah mikro apabila jumlah tenaganya kurang daripada ketinggian halangan. T. e. disebabkan oleh sifat gelombang mikrozarah dan menjejaskan aliran termonuklear... ... Ensiklopedia Politeknik Besar
Mekanik kuantum ... Wikipedia
Laluan mikrozarah yang tenaganya kurang daripada ketinggian penghalang melalui halangan berpotensi; kesan kuantum, dijelaskan dengan jelas oleh penyebaran momenta (dan tenaga) zarah di kawasan penghalang (lihat prinsip Ketidakpastian). Akibat terowong... ... Kamus Ensiklopedia
1.7. Konsep kesan terowong.
Kesan terowong ialah laluan zarah melalui halangan berpotensi disebabkan oleh sifat gelombang zarah.
Biarkan zarah yang bergerak dari kiri ke kanan menghadapi potensi halangan ketinggian U 0 dan lebar l. Menurut konsep klasik, zarah melepasi tanpa halangan di atas penghalang jika tenaganya E lebih besar daripada ketinggian penghalang ( E> U 0 ). Jika tenaga zarah kurang daripada ketinggian penghalang ( E< U 0 ), maka zarah itu dipantulkan dari penghalang dan mula bergerak ke arah yang bertentangan;
Mekanik kuantum mengambil kira sifat gelombang zarah. Untuk gelombang, dinding kiri penghalang adalah sempadan dua media, di mana gelombang dibahagikan kepada dua gelombang - dipantulkan dan dibiaskan Oleh itu, walaupun dengan E> U 0 adalah mungkin (walaupun dengan kebarangkalian kecil) bahawa zarah dipantulkan dari penghalang, dan apabila E< U 0 terdapat kebarangkalian bukan sifar bahawa zarah itu akan berada di sisi lain halangan potensi. Dalam kes ini, zarah itu seolah-olah "melalui terowong."
Mari buat keputusan masalah zarah yang melalui halangan berpotensi untuk kes termudah bagi penghalang segi empat tepat satu dimensi, ditunjukkan dalam Rajah 1.6. Bentuk penghalang ditentukan oleh fungsi
. (1.7.1)
Mari kita tulis persamaan Schrödinger untuk setiap kawasan: 1( x<0 ), 2(0< x< l) dan 3( x> l):
;
(1.7.2)
; (1.7.3)
. (1.7.4)
Mari kita nyatakan
(1.7.5)
. (1.7.6)
Penyelesaian umum persamaan (1), (2), (3) bagi setiap kawasan mempunyai bentuk:
Penyelesaian borang 
sepadan dengan gelombang yang merambat ke arah paksi x, A 
- gelombang merambat ke arah yang bertentangan. Dalam wilayah 1 penggal 
menerangkan kejadian gelombang pada penghadang, dan istilah 
- gelombang dipantulkan dari penghalang. Di rantau 3 (di sebelah kanan penghalang) hanya terdapat gelombang yang merambat dalam arah x, jadi 
.
Fungsi gelombang mesti memenuhi keadaan kesinambungan, oleh itu penyelesaian (6), (7), (8) di sempadan halangan berpotensi mesti "dijahit". Untuk melakukan ini, kita menyamakan fungsi gelombang dan derivatifnya di x=0 Dan x = l:
;
;
;
. (1.7.10)
Menggunakan (1.7.7) - (1.7.10), kami memperoleh empat persamaan untuk menentukan lima pekali A 1 , A 2 , A 3 ,DALAM 1 Dan DALAM 2 :
A 1 +B 1 =A 2 +B 2 ;
A 2 exp( l) + B 2 exp(- l)= A 3 exp(ikl) ;
ik(A 1 - DALAM 1 ) = (A 2 -DALAM 2 ) ; (1.7.11)
(A 2 exp( l)-DALAM 2 exp(- l) = ikA 3 exp(ikl) .
Untuk mendapatkan hubungan kelima, kami memperkenalkan konsep pekali pantulan dan ketelusan halangan.
Pekali pantulan mari kita panggil hubungan
, (1.7.12)
yang mentakrifkan kebarangkalian pantulan zarah daripada penghalang.
Faktor ketelusan
(1.7.13)
memberikan kebarangkalian bahawa zarah itu akan berlalu melalui penghalang. Oleh kerana zarah sama ada akan dipantulkan atau melalui penghalang, jumlah kebarangkalian ini adalah sama dengan satu. Kemudian
R+ D =1; (1.7.14)
. (1.7.15)
Ini dia kelima hubungan yang menutup sistem (1.7.11), dari mana semua lima pekali
Yang paling menarik ialah pekali ketelusanD. Selepas transformasi kita dapat
,
(7.1.16)
di mana D 0 – nilai hampir kepada perpaduan.
Daripada (1.7.16) adalah jelas bahawa ketelusan penghalang sangat bergantung pada lebarnya l, tentang seberapa tinggi halangan itu U 0 melebihi tenaga zarah E, dan juga pada jisim zarah m.
DENGAN 
dari sudut pandangan klasik, laluan zarah melalui halangan berpotensi di E<
U 0
bercanggah dengan undang-undang pemuliharaan tenaga. Hakikatnya ialah jika zarah klasik berada pada satu titik di kawasan penghalang (rantau 2 dalam Rajah 1.7), maka jumlah tenaganya akan menjadi kurang daripada tenaga keupayaan (dan tenaga kinetik akan menjadi negatif!?). DENGAN titik kuantum tidak ada percanggahan seperti itu. Jika zarah bergerak ke arah penghalang, maka sebelum berlanggar dengannya ia mempunyai tenaga yang sangat spesifik. Biarkan interaksi dengan penghalang bertahan untuk seketika
t, maka, mengikut hubungan ketidakpastian, tenaga zarah tidak lagi pasti; ketidakpastian tenaga 
. Apabila ketidakpastian ini ternyata mengikut susunan ketinggian halangan, ia tidak lagi menjadi halangan yang tidak dapat diatasi untuk zarah, dan zarah akan melaluinya.
Ketelusan penghalang berkurangan secara mendadak dengan lebarnya (lihat Jadual 1.1.). Oleh itu, zarah boleh melalui hanya halangan berpotensi yang sangat sempit disebabkan oleh mekanisme terowong.
Jadual 1.1
Nilai pekali ketelusan untuk elektron pada ( U 0 – E ) = 5 eV = const
|
l, nm | |||||
Kami menganggap penghalang berbentuk segi empat tepat. Dalam kes halangan berpotensi bentuk arbitrari, contohnya, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1.7, pekali ketelusan mempunyai bentuk
. (1.7.17)
Kesan terowong menunjukkan dirinya dalam beberapa fenomena fizikal dan mempunyai aplikasi praktikal yang penting. Mari kita berikan beberapa contoh.
1. Pembebasan elektron medan (sejuk) elektron.
DALAM 
Pada tahun 1922, fenomena pelepasan elektron sejuk daripada logam di bawah pengaruh medan elektrik luar yang kuat telah ditemui. Graf Tenaga Potensi U elektron daripada koordinat x ditunjukkan dalam Rajah. Pada x
<
0 ialah kawasan logam di mana elektron boleh bergerak hampir bebas. Di sini tenaga berpotensi boleh dianggap tetap. Dinding berpotensi muncul di sempadan logam, menghalang elektron daripada meninggalkan logam itu hanya boleh melakukan ini dengan memperoleh tenaga tambahan, sama dengan kerja keluar A.
Di luar logam (pada x >
0) tenaga elektron bebas tidak berubah, jadi apabila x> 0 graf U(x)
berjalan secara mendatar. Mari kita cipta medan elektrik yang kuat berhampiran logam. Untuk melakukan ini, ambil sampel logam dalam bentuk jarum tajam dan sambungkannya ke kutub negatif sumber nasi. 1.9 Prinsip operasi mikroskop terowong
voltan ka, (ia akan menjadi katod); Kami akan meletakkan elektrod lain (anod) berdekatan, yang mana kami akan menyambungkan kutub positif sumber. Jika beza keupayaan antara anod dan katod cukup besar, adalah mungkin untuk mencipta medan elektrik dengan kekuatan kira-kira 10 8 V/m berhampiran katod. Penghalang berpotensi pada antara muka logam-vakum menjadi sempit, elektron bocor melaluinya dan meninggalkan logam.
Pelepasan medan digunakan untuk mencipta tiub vakum dengan katod sejuk (ia kini hampir tidak digunakan); mikroskop terowong, dicipta pada tahun 1985 oleh J. Binning, G. Rohrer dan E. Ruska.
Dalam mikroskop terowong, probe - jarum nipis - bergerak di sepanjang permukaan yang dikaji. Jarum mengimbas permukaan yang sedang dikaji, berada sangat dekat dengannya sehingga elektron dari kulit elektron (awan elektron) atom permukaan, disebabkan sifat gelombang, boleh sampai ke jarum. Untuk melakukan ini, kami menggunakan "tambah" dari sumber ke jarum, dan "tolak" pada sampel yang dikaji. Arus terowong adalah berkadar dengan pekali ketelusan halangan potensi antara jarum dan permukaan, yang, mengikut formula (1.7.16), bergantung pada lebar halangan l. Apabila mengimbas permukaan sampel dengan jarum, arus terowong berbeza-beza bergantung pada jarak l, mengulangi profil permukaan. Pergerakan ketepatan jarum pada jarak pendek dilakukan menggunakan kesan piezoelektrik untuk ini, jarum dipasang pada plat kuarza, yang mengembang atau mengecut apabila voltan elektrik digunakan padanya. Teknologi moden memungkinkan untuk menghasilkan jarum yang sangat nipis sehingga hanya ada satu atom di hujungnya.
DAN 
imej terbentuk pada skrin paparan komputer. kebenaran mikroskop terowong sangat tinggi sehingga membolehkan anda "melihat" susunan atom individu. Rajah 1.10 menunjukkan contoh imej bagi permukaan atom silikon.
2. Keradioaktifan alfa ( – pereputan). Dalam fenomena ini, transformasi spontan nukleus radioaktif berlaku, akibatnya satu nukleus (ia dipanggil nukleus ibu) mengeluarkan zarah dan bertukar menjadi nukleus (anak perempuan) baru dengan cas kurang daripada 2 unit. Mari kita ingat bahawa zarah (nukleus atom helium) terdiri daripada dua proton dan dua neutron.
E 
Jika kita mengandaikan bahawa zarah-α wujud sebagai pembentukan tunggal di dalam nukleus, maka graf pergantungan tenaga potensinya pada koordinat dalam medan nukleus radioaktif mempunyai bentuk yang ditunjukkan dalam Rajah 1.11. Ia ditentukan oleh tenaga interaksi kuat (nuklear), yang disebabkan oleh tarikan nukleon antara satu sama lain, dan tenaga interaksi Coulomb (tolakan elektrostatik proton).
Akibatnya, ialah zarah dalam nukleus dengan tenaga E terletak di belakang halangan berpotensi. Disebabkan sifat gelombangnya, terdapat beberapa kebarangkalian bahawa zarah akan berakhir di luar nukleus.
3. Kesan terowong masukhlm- n- peralihan digunakan dalam dua kelas peranti semikonduktor: terowong Dan diod terbalik. Ciri diod terowong ialah kehadiran bahagian jatuh pada cawangan langsung ciri voltan semasa - bahagian dengan rintangan pembezaan negatif. Perkara yang paling menarik tentang diod terbalik ialah apabila disambung secara terbalik, rintangan adalah kurang daripada apabila disambung secara terbalik. Untuk maklumat lanjut tentang terowong dan diod terbalik, lihat bahagian 5.6.
Kesan terowong
Kesan terowong
Kesan terowong (terowong) – laluan zarah (atau sistem) melalui kawasan ruang yang dilarang tinggal mekanik klasik. Kebanyakan contoh terkenal proses sedemikian ialah laluan zarah melalui halangan berpotensi apabila tenaganya E kurang daripada ketinggian halangan U 0 . Dalam fizik klasik, zarah tidak boleh muncul di kawasan penghalang sedemikian, apalagi melaluinya, kerana ini melanggar undang-undang pemuliharaan tenaga. Walau bagaimanapun, dalam fizik kuantum keadaan pada asasnya berbeza. Zarah kuantum tidak bergerak mengikut mana-mana laluan tertentu. Oleh itu, kita hanya boleh bercakap tentang kebarangkalian mencari zarah di kawasan tertentu ruang ΔрΔх > ћ. > Dalam kes ini, baik potensi mahupun tenaga kinetik tidak mempunyai nilai yang pasti mengikut prinsip ketidakpastian. Sisihan daripada tenaga klasik E dengan jumlah ΔE dibenarkan semasa selang masa t diberikan oleh hubungan ketidakpastian ΔEΔt ћ (ћ = h/2π, dengan h –).
Kemungkinan zarah melalui halangan berpotensi adalah disebabkan oleh keperluan berterusan fungsi gelombang pada dinding penghalang yang berpotensi.
Kebarangkalian untuk mengesan zarah di sebelah kanan dan kiri adalah berkaitan antara satu sama lain melalui hubungan yang bergantung kepada perbezaan E - U(x) di kawasan halangan berpotensi dan pada lebar halangan x 1 - x 2 pada sesuatu yang diberikan. tenaga.
Apabila ketinggian dan lebar halangan bertambah, kebarangkalian kesan terowong berkurangan secara eksponen. Kebarangkalian kesan terowong juga berkurangan dengan cepat dengan peningkatan jisim zarah.< 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 Penembusan melalui penghalang adalah kebarangkalian. Zarah dengan E fizik atom
: pereputan alfa, pelepasan sejuk elektron daripada logam, fenomena dalam lapisan sentuhan dua semikonduktor, dsb.
> Terowong kuantum Teroka kuantum kesan terowong
. Ketahui dalam keadaan apa kesan penglihatan terowong berlaku, formula Schrödinger, teori kebarangkalian, orbital atom.
Jika objek tidak mempunyai tenaga yang cukup untuk menembusi penghalang, maka ia mampu terowong melalui ruang khayalan di sisi lain.
- Objektif Pembelajaran
Kenal pasti faktor yang mempengaruhi kebarangkalian terowong.
- Perkara utama
- Terowong kuantum digunakan untuk sebarang objek di hadapan penghalang. Tetapi untuk tujuan makroskopik kebarangkalian kejadian adalah kecil.
- Kesan terowong timbul daripada formula komponen khayalan Schrödinger. Oleh kerana ia hadir dalam fungsi gelombang mana-mana objek, ia boleh wujud dalam ruang khayalan.
Terowong berkurangan apabila jisim badan bertambah dan jurang antara tenaga objek dan halangan bertambah.
- Penggal
Terowong ialah laluan mekanikal kuantum zarah melalui penghalang tenaga.
Bagaimanakah kesan terowong berlaku? Bayangkan membaling bola, tetapi ia hilang serta-merta tanpa menyentuh dinding, dan muncul di sisi lain. Dinding di sini akan kekal utuh. Anehnya, terdapat kebarangkalian terhad bahawa acara ini akan membuahkan hasil. Fenomena itu dipanggil kesan terowong kuantum.
Lobus merah dan biru menunjukkan isipadu di mana terdapat kebarangkalian 90% untuk mencari elektron pada bila-bila selang masa jika zon orbital diduduki
Ruang sementara nampaknya tidak nyata, tetapi ia mengambil bahagian secara aktif dalam formula Schrödinger:
Semua jirim mempunyai komponen gelombang dan boleh wujud dalam ruang khayalan. Gabungan jisim, tenaga dan ketinggian tenaga objek akan membantu memahami perbezaan kebarangkalian terowong.
Apabila objek menghampiri penghalang, fungsi gelombang berubah daripada gelombang sinus kepada mengecut secara eksponen. Formula Schrödinger:
Kebarangkalian terowong menjadi kurang apabila jisim objek bertambah dan jurang antara tenaga bertambah. Fungsi gelombang tidak pernah menghampiri 0, itulah sebabnya terowong sangat biasa pada skala nano.
(menyelesaikan masalah blok FIZIK, serta blok lain, akan membolehkan anda memilih TIGA orang untuk pusingan sepenuh masa yang mendapat markah dalam menyelesaikan masalah blok INI nombor terhebat mata. Selain itu, berdasarkan keputusan pusingan head-to-head, calon-calon ini akan bersaing untuk pencalonan khas " Fizik sistem nano" 5 orang lagi dengan markah tertinggi juga akan dipilih untuk pusingan sepenuh masa. mutlak bilangan mata, jadi selepas menyelesaikan masalah dalam kepakaran anda ada penuh makna menyelesaikan masalah daripada blok lain. )
Salah satu perbezaan utama antara struktur nano dan badan makroskopik ialah pergantungan bahan kimia dan sifat fizikal dari saiz. Contoh yang jelas Ini dilayani oleh kesan terowong, yang terdiri daripada penembusan zarah cahaya (elektron, proton) ke kawasan yang tidak boleh diakses secara bertenaga. Kesan ini bermain peranan penting dalam proses seperti pemindahan caj dalam peranti fotosintesis organisma hidup (perlu diperhatikan bahawa pusat tindak balas biologi adalah antara struktur nano yang paling berkesan).
Kesan terowong boleh dijelaskan oleh sifat gelombang zarah cahaya dan prinsip ketidakpastian. Oleh kerana zarah-zarah kecil tidak mempunyai kedudukan tertentu dalam ruang, tidak ada konsep trajektori untuk mereka. Akibatnya, untuk bergerak dari satu titik ke titik lain, zarah tidak perlu melalui garis yang menghubungkannya, dan dengan itu boleh "memintas" kawasan larangan tenaga. Oleh kerana ketiadaan koordinat tepat untuk elektron, keadaannya diterangkan menggunakan fungsi gelombang yang mencirikan taburan kebarangkalian di sepanjang koordinat. Gambar menunjukkan rupa tipikal fungsi gelombang apabila terowong di bawah penghalang tenaga.
Kebarangkalian hlm penembusan elektron melalui halangan berpotensi bergantung pada ketinggian U dan lebar yang terakhir l ( formula 1, kiri), di mana m- jisim elektron, E– tenaga elektron, h – pemalar Planck dengan bar.
1. Tentukan kebarangkalian bahawa elektron terowong pada jarak 0.1 nm jika perbezaan tenagaU –E = 1 eV ( 2 mata). Kira beza tenaga (dalam eV dan kJ/mol) di mana elektron boleh terowong jarak 1 nm dengan kebarangkalian 1% ( 2 mata).
Salah satu akibat yang paling ketara daripada kesan terowong ialah pergantungan luar biasa pemalar kadar tindak balas kimia pada suhu. Apabila suhu menurun, pemalar kadar cenderung bukan 0 (seperti yang boleh dijangkakan daripada persamaan Arrhenius), tetapi kepada nilai tetap, yang ditentukan oleh kebarangkalian terowong nuklear p( f formula 2, kiri), di mana A- faktor pra-eksponen, E A – tenaga pengaktifan. Ini dapat dijelaskan oleh fakta bahawa apabila suhu tinggi Hanya zarah yang tenaganya lebih tinggi daripada tenaga penghalang masuk ke dalam tindak balas, dan bila suhu rendah tindak balas berlaku semata-mata disebabkan oleh kesan terowong.
2. Daripada data eksperimen di bawah, tentukan tenaga pengaktifan dan kebarangkalian terowong ( 3 mata).
|
k(T), c – 1 |
|
Dalam kuantum moden peranti elektronik Kesan terowong resonans digunakan. Kesan ini berlaku jika elektron menemui dua halangan yang dipisahkan oleh telaga berpotensi. Jika tenaga elektron bertepatan dengan salah satu tahap tenaga dalam telaga (ini adalah keadaan resonans), maka kebarangkalian keseluruhan Terowong ditentukan dengan melepasi dua halangan nipis, tetapi jika tidak, maka halangan lebar muncul di laluan elektron, yang termasuk telaga berpotensi, dan kebarangkalian keseluruhan terowong cenderung kepada 0.
3. Bandingkan kebarangkalian terowong elektron resonan dan bukan resonan untuk parameter berikut: lebar setiap halangan ialah 0.5 nm, lebar telaga antara halangan ialah 2 nm, ketinggian semua halangan yang berpotensi berbanding dengan tenaga elektron ialah 0.5 eV ( 3 mata). Peranti manakah yang menggunakan prinsip terowong ( 3 mata)?