TUNNEL EFFECT
TUNNEL EFFECT
(tunneling), kushinda kizuizi kinachowezekana na chembe ndogo katika kesi hiyo ikiwa imekamilika (iliyobaki T.e. kwa sehemu kubwa haijabadilishwa) urefu mdogo kizuizi. Hiyo ni, jambo hilo kimsingi ni quantum. asili, haiwezekani katika classical. mechanics; analog ya T. e. katika mawimbi optics inaweza kutumika kwa kupenya kwa mwanga ndani ya kati ya kutafakari (katika umbali wa utaratibu wa wavelength mwanga) katika hali ambapo, kutoka kwa mtazamo wa geom. optics inafanyika. T. e. msingi wa wingi michakato muhimu katika. na wanasema fizikia, katika fizikia katika. cores, TV miili, nk.
T. e. kufasiriwa kwa misingi ya (tazama QUANTUM MECHANICS). Classic ch-tsa haiwezi kuwa ndani ya uwezo. kizuizi urefu V, kama nishati yake? msukumo p - wingi wa kufikiria (m - h-tsy). Hata hivyo, kwa microparticle hitimisho hili sio haki: kutokana na uhusiano wa kutokuwa na uhakika, chembe hiyo imewekwa katika nafasi. eneo ndani ya kizuizi hufanya kasi yake kutokuwa na uhakika. Kwa hiyo, kuna uwezekano usio na sifuri wa kuchunguza microparticle ndani ya chembe ambayo ni marufuku kutoka kwa mtazamo wa classical. eneo la mechanics. Ipasavyo, ufafanuzi unaonekana. uwezekano wa kupita kupitia uwezo. kizuizi, ambacho kinalingana na T. e. Uwezekano huu ni mkubwa zaidi, chini ya wingi wa dutu, uwezo mdogo. kizuizi na nishati kidogo inakosekana kufikia urefu wa kizuizi (tofauti ndogo V-?). Uwezekano wa kupita kwenye kizuizi - Ch. sababu inayoamua kimwili sifa T. e. Katika kesi ya uwezo mmoja-dimensional. tabia hiyo ya kizuizi ni mgawo. kizuizi cha uwazi, sawa na uwiano mtiririko wa chembe zinazopita ndani yake kwa mtiririko unaoanguka kwenye kizuizi. Katika kesi ya kizuizi cha tatu-dimensional kizuizi eneo lililofungwa pr-va kutoka chini. uwezo nishati (kisima kinachowezekana), i.e. inayoangaziwa na uwezekano w wa mtu kuondoka eneo hili kwa vitengo. wakati; thamani ya w ni sawa na bidhaa ya mzunguko wa oscillations ndani ya uwezo. mashimo juu ya uwezekano wa kupita kwenye kizuizi. Uwezekano wa "kuvuja" nje ya chai ambayo ilikuwa awali katika uwezo. shimo, inaongoza kwa ukweli kwamba sambamba h-ts kupata upana finite wa utaratibu wa ћw, na hizi zenyewe kuwa quasi-stationary.
Mfano wa udhihirisho wa T. e. katika. fizikia inaweza kutumika atomi katika nguvu ya umeme. na ionization ya atomi katika uwanja wenye nguvu wa sumakuumeme. mawimbi. T. e. inasababisha kuoza kwa alfa ya viini vya mionzi. Bila T. e. isingewezekana kutiririka athari za nyuklia: Uwezo wa Coulomb. kizuizi kinachozuia muunganiko wa viini vinavyoathiriwa muhimu kwa muunganisho hushindwa kwa sehemu kutokana na kasi ya juu (joto la juu) la viini hivyo, na kwa sehemu kutokana na nishati ya joto. Kuna mifano mingi hasa ya udhihirisho wa T. e. katika Fizikia TV. miili: utoaji wa shamba, matukio katika safu ya mawasiliano kwenye mpaka wa PP mbili, athari ya Josephson, nk.
Kimwili Kamusi ya encyclopedic. - M.: Encyclopedia ya Soviet. . 1983 .
TUNNEL EFFECT
(tunneling) - mifumo kupitia eneo la harakati lililokatazwa na classical mechanics. Mfano wa kawaida wa mchakato kama huo ni kifungu cha chembe kizuizi kinachowezekana wakati nishati yake
chini ya urefu wa kizuizi. Kasi ya chembe R katika kesi hii, imedhamiriwa kutoka kwa uhusiano 
Wapi U(x)- uwezo nishati ya chembe ( T - mass), itakuwa katika eneo ndani ya kizuizi, kiasi cha kufikiria. KATIKA mechanics ya quantum Shukrani kwa uhusiano wa kutokuwa na uhakika kati ya msukumo na kuratibu, subbarrier inageuka kuwa inawezekana. Utendakazi wa wimbi la chembe katika eneo hili huharibika kwa kiasi kikubwa, na katika quasiclassical kesi (tazama Ukadiriaji wa semiclassical) amplitude yake katika hatua ya kutoka kutoka chini ya kizuizi ni ndogo.
Moja ya uundaji wa shida kuhusu kifungu cha uwezo. kizuizi kinafanana na kesi wakati mtiririko wa stationary wa chembe huanguka kwenye kizuizi na ni muhimu kupata thamani ya mtiririko uliopitishwa. Kwa matatizo hayo, mgawo huletwa. uwazi wa kizuizi (mgawo wa mpito wa handaki) D, sawa na uwiano wa ukali wa mtiririko wa zinaa na tukio. Kutoka kwa urejeshaji wa wakati inafuata kwamba mgawo. uwazi kwa ajili ya mabadiliko katika "moja kwa moja" na maelekezo ya nyuma ni sawa. Katika kesi moja-dimensional, mgawo. uwazi unaweza kuandikwa kama
ujumuishaji unafanywa katika eneo lisiloweza kufikiwa kwa kawaida, X 1,2 - pointi za kugeuka zimeamua kutoka kwa hali Katika pointi za kugeuka katika kikomo cha classical. mechanics, kasi ya chembe inakuwa sifuri. Coef. D 0 inahitaji ufafanuzi wake suluhisho kamili quantum-mitambo kazi.
Ikiwa hali ya quasiclassicality imeridhika
pamoja na urefu wote wa kizuizi, isipokuwa ya haraka vitongoji vya vituo vya kugeuza x 1,2 .
mgawo D 0 ni tofauti kidogo na moja. Viumbe tofauti D 0 kutoka kwa umoja inaweza kuwa, kwa mfano, katika hali ambapo curve inayowezekana. nishati kutoka upande mmoja wa kizuizi huenda kwa kasi sana kwamba quasi-classical haitumiki hapo, au wakati nishati iko karibu na urefu wa kizuizi (yaani, usemi wa kielelezo ni mdogo). Kwa urefu wa kizuizi cha mstatili U o na upana A mgawo uwazi imedhamiriwa na faili
Wapi 
Msingi wa kizuizi unafanana nishati sifuri. Katika quasiclassical kesi D ndogo ukilinganisha na umoja.
Dk. Uundaji wa shida ya kifungu cha chembe kupitia kizuizi ni kama ifuatavyo. Hebu chembe mwanzoni wakati kwa wakati ni katika hali karibu na kinachojulikana. hali ya kusimama, ambayo ingetokea kwa kizuizi kisichoweza kupenya (kwa mfano, na kizuizi kilichoinuliwa kutoka uwezo vizuri kwa urefu mkubwa kuliko nishati ya chembe iliyotolewa). Jimbo hili linaitwa quasi-stationary. Vivyo hivyo majimbo ya stationary utegemezi wa kazi ya wimbi la chembe kwa wakati hutolewa katika kesi hii na kizidishi 
Kiasi changamano kinaonekana hapa kama nishati E, sehemu ya kuwazia huamua uwezekano wa kuoza kwa hali ya hali tuli kwa kila kitengo kutokana na T. e.:
Katika quasiclassical Inapokaribia, uwezekano uliotolewa na f-loy (3) una kielelezo. kipengele cha aina sawa na in-f-le (1). Katika kesi ya uwezo wa spherically ulinganifu. kizuizi ni uwezekano wa kuoza kwa hali ya kusimama kutoka kwa obiti. nambari ya quantum l imedhamiriwa na f-loy
Hapa r 1,2 ni pointi za kugeuza radial, integrand ambayo ni sawa na sifuri. Sababu w 0 inategemea asili ya harakati katika sehemu ya kuruhusiwa classically ya uwezo, kwa mfano. yeye ni sawia. classic mzunguko wa oscillations ya chembe kati ya kuta za kizuizi.
T. e. inatuwezesha kuelewa utaratibu wa kuoza kwa viini vizito. Kati ya -chembe na kiini binti kuna nguvu ya umemetuamo. repulsion kuamua na f-loy Kwa umbali mdogo wa utaratibu wa ukubwa A viini ni hivyo kwamba eff. inaweza kuzingatiwa hasi: 
Matokeo yake, uwezekano A-uozo hutolewa na uhusiano
Hapa kuna nishati ya chembe-iliyotolewa.
T. e. huamua uwezekano wa athari za nyuklia kutokea kwenye Jua na nyota kwa joto la makumi na mamia ya mamilioni ya digrii (tazama. Maendeleo ya nyota),
na pia katika hali ya dunia katika fomu milipuko ya nyuklia au UTS.
Katika uwezo wa ulinganifu, unaojumuisha visima viwili vinavyofanana vilivyotenganishwa na kizuizi dhaifu cha kupenyeza, i.e. husababisha kuingiliwa kwa majimbo kwenye visima, ambayo husababisha mgawanyiko dhaifu mara mbili wa viwango tofauti vya nishati (kinachojulikana kama mgawanyiko wa ubadilishaji; ona Mtazamo wa molekuli). Kwa seti isiyo na kikomo ya mashimo katika nafasi, kila ngazi inageuka kuwa eneo la nishati. Huu ni utaratibu wa malezi ya nishati nyembamba ya elektroni. kanda katika fuwele na uhusiano wenye nguvu elektroni zilizo na tovuti za kimiani.
Ikiwa sasa ya umeme inatumiwa kwa kioo cha semiconductor. shamba, basi kanda za nishati zinazoruhusiwa za elektroni huelekezwa kwenye nafasi. Hivyo, ngazi ya posta nishati ya elektroni huvuka kanda zote. Chini ya hali hizi, mpito wa elektroni kutoka ngazi moja ya nishati inawezekana. kanda hadi nyingine kutokana na T. e. Eneo lisiloweza kufikiwa kwa kawaida ni eneo la nishati iliyokatazwa. Jambo hili linaitwa. Uchanganuzi wa Zener. Quasiclassical makadirio yanafanana hapa na thamani ndogo ya nguvu ya umeme. mashamba. Katika kikomo hiki, uwezekano wa uchanganuzi wa Zener umebainishwa kimsingi. kielelezo, katika kiashiria cha kukata kuna hasi kubwa. thamani sawia na uwiano wa upana wa nishati iliyokatazwa. eneo kwa nishati inayopatikana na elektroni katika uwanja uliotumika kwa umbali sawa na saizi ya seli ya kitengo.
Athari sawa inaonekana ndani diodi za handaki, ambayo kanda zimeelekezwa kwa sababu ya semiconductors R- Na n-andika pande zote mbili za mpaka wa mawasiliano yao. Tunnel hutokea kutokana na ukweli kwamba katika ukanda ambapo carrier wa malipo huenda kuna kiasi cha mwisho cha majimbo yasiyo na mtu.
Shukrani kwa T. e. umeme iwezekanavyo kati ya metali mbili zilizotenganishwa na dielectri nyembamba. kizigeu. Hizi zinaweza kuwa katika kawaida na hali ya superconducting. KATIKA kesi ya mwisho inaweza kufanyika Josephson athari.
T. e. Matukio kama haya yanayotokea katika mikondo ya umeme yenye nguvu yanatokana. nyanja, kama vile ubinafsishaji wa atomi (ona Ionization ya shamba) Na uzalishaji wa kiotomatiki kutoka kwa metali. Katika visa vyote viwili, umeme uwanja huunda kizuizi cha uwazi wa mwisho. Nguvu ya umeme shamba, kizuizi cha uwazi zaidi na nguvu ya sasa ya elektroni kutoka kwa chuma. Kulingana na kanuni hii skanning hadubini ya tunnel - kifaa ambacho hupima mkondo wa handaki kutoka pointi tofauti ya uso unaofanyiwa utafiti na kutoa taarifa kuhusu asili ya utofauti wake.
T. e. inawezekana sio tu katika mifumo ya quantum inayojumuisha chembe moja. Kwa hiyo, kwa mfano, harakati ya chini ya joto ya dislocations katika fuwele inaweza kuhusishwa na tunneling ya sehemu ya mwisho, yenye chembe nyingi. Katika shida za aina hii, utengano wa mstari unaweza kuwakilishwa kama kamba ya elastic, ambayo hapo awali ililala kando ya mhimili. katika katika moja ya minima ya ndani ya uwezo V (x, y). Uwezo huu hautegemei y, na unafuu wake kwenye mhimili X ni mlolongo wa minima ya ndani, ambayo kila moja ni ya chini kuliko nyingine kwa kiasi kulingana na nguvu ya mitambo inayotumiwa kwenye kioo. voltage. Harakati ya kutenganisha chini ya ushawishi wa dhiki hii inapunguzwa kwa tunneling katika kiwango cha chini cha karibu kilichofafanuliwa. sehemu ya mtengano na mvutano unaofuata wa sehemu yake iliyobaki hapo. Aina hiyo hiyo ya utaratibu wa handaki inaweza kuwajibika kwa harakati malipo ya mawimbi ya wiani kwenye dielectric ya Peierls (tazama Mpito wa Peierls).
Ili kuhesabu athari za tunnel ya mifumo kama hiyo ya quantum ya multidimensional, ni rahisi kutumia njia za semiclassical. uwakilishi wa kazi ya wimbi katika fomu 
Wapi S- classic mifumo. Kwa T. e. sehemu ya kufikiria ni muhimu S, kuamua kupungua kwa utendaji wa wimbi katika eneo lisiloweza kufikiwa kwa kawaida. Ili kuhesabu, njia ya trajectories tata hutumiwa.
Chembe ya quantum, kushinda uwezo. kizuizi kinaweza kushikamana na thermostat. Katika classic Kimechanic, hii inalingana na mwendo na msuguano. Kwa hivyo, kuelezea tunneling ni muhimu kutumia nadharia inayoitwa mechanics ya quantum ya dissipative. Mazingatio ya aina hii lazima yatumike kuelezea maisha mafupi ya hali ya sasa ya mawasiliano ya Josephson. Katika kesi hii, tunnel hufanyika. chembe ya quantum kupitia kizuizi, na jukumu la thermostat linachezwa na elektroni.
Lit.: Landau L. D., Lifshits E. M., Quantum, toleo la 4, M., 1989; Ziman J., Kanuni za Nadharia ya Jimbo Imara, trans. kutoka kwa Kiingereza, toleo la 2, M., 1974; Baz A. I., Zeldovich Ya. B., Perelomov A. M., Kueneza, athari na kuoza katika mechanics ya quantum nonrelativistic, 2nd ed., M., 1971; Matukio ya handaki ndani yabisi ah, njia kutoka kwa Kiingereza, M., 1973; Likharev K.K., Utangulizi wa mienendo ya makutano ya Josephson, M., 1985. B. I. Ivlev.
Ensaiklopidia ya kimwili. Katika juzuu 5. - M.: Encyclopedia ya Soviet. Mhariri Mkuu A. M. Prokhorov. 1988 .
Tazama "TUNNEL EFFECT" ni nini katika kamusi zingine:
Ensaiklopidia ya kisasa
Kifungu cha microparticle ambacho nishati yake ni chini ya urefu wa kizuizi kupitia kizuizi kinachowezekana; athari ya quantum, iliyoelezewa kwa uwazi na kutawanya kwa momenta (na nguvu) ya chembe katika eneo la kizuizi (angalia kanuni ya kutokuwa na uhakika). Kama matokeo ya handaki...... Kamusi kubwa ya Encyclopedic
Athari ya tunnel- TUNNEL EFFECT, kifungu kupitia kizuizi kinachowezekana cha microparticle ambayo nishati yake ni chini ya urefu wa kizuizi; athari ya quantum, iliyoelezewa wazi na kutawanya kwa momenta (na nguvu) ya chembe katika eneo la kizuizi (kwa sababu ya kutokuwa na uhakika wa kanuni) ... Illustrated Encyclopedic Dictionary
athari ya handaki- - [Ya.N.Luginsky, M.S.Fezi Zhilinskaya, Yu.S.Kabirov. Kamusi ya Kiingereza-Kirusi ya uhandisi wa umeme na uhandisi wa nguvu, Moscow, 1999] Mada za uhandisi wa umeme, dhana za msingi EN athari ya handaki ... Mwongozo wa Mtafsiri wa Kiufundi
TUNNEL EFFECT- (tunneling) hali ya kimitambo ya quantum ambayo inajumuisha kushinda uwezo unaowezekana (tazama) kwa chembe ndogo wakati nishati yake yote iko chini ya urefu wa kizuizi. T. e. husababishwa na tabia ya mawimbi ya chembechembe ndogo na huathiri mtiririko wa thermonuclear... ... Encyclopedia kubwa ya Polytechnic
Quantum mechanics ... Wikipedia
Kifungu cha microparticle ambacho nishati yake ni chini ya urefu wa kizuizi kupitia kizuizi kinachowezekana; athari ya quantum, iliyoelezewa wazi na kuenea kwa momenta (na nishati) ya chembe katika eneo la kizuizi (angalia kanuni ya kutokuwa na uhakika). Kama matokeo ya handaki...... Kamusi ya encyclopedic
1.7. Dhana ya athari ya handaki.
Athari ya handaki ni upitishaji wa chembe kupitia kizuizi kinachowezekana kutokana na mali ya wimbi chembe chembe.
Acha chembe inayosonga kutoka kushoto kwenda kulia ikutane na kizuizi kinachowezekana cha urefu U 0 na upana l. Kulingana na dhana za kitamaduni, chembe hupita bila kizuizi juu ya kizuizi ikiwa nishati yake E kubwa kuliko urefu wa kizuizi ( E> U 0 ) Ikiwa nishati ya chembe ni chini ya urefu wa kizuizi ( E< U 0 ), kisha chembe inaonyeshwa kutoka kwa kizuizi na huanza kusonga kwa mwelekeo tofauti; chembe haiwezi kupenya kupitia kizuizi.
Mechanics ya quantum inazingatia mali ya wimbi la chembe. Kwa wimbi, ukuta wa kushoto wa kizuizi ni mpaka wa vyombo viwili vya habari, ambapo wimbi limegawanywa katika mawimbi mawili - yalijitokeza na kukataa. E> U 0 inawezekana (ingawa kwa uwezekano mdogo) kwamba chembe inaonyeshwa kutoka kwa kizuizi, na wakati E< U 0 kuna uwezekano usio na maana kwamba chembe itakuwa upande wa pili wa kizuizi kinachowezekana. Katika kesi hii, chembe ilionekana "kupitia handaki."
Hebu tuamue tatizo la chembe kupita kwenye kizuizi kinachowezekana kwa kesi rahisi zaidi ya kizuizi cha mstatili wa dimensional moja, iliyoonyeshwa kwenye Mchoro 1.6. Sura ya kizuizi inatajwa na kazi
. (1.7.1)
Wacha tuandike mlinganyo wa Schrödinger kwa kila mkoa: 1( x<0 ), 2(0< x< l) na 3 ( x> l):
;
(1.7.2)
; (1.7.3)
. (1.7.4)
Hebu kuashiria
(1.7.5)
. (1.7.6)
Masuluhisho ya jumla ya milinganyo (1), (2), (3) kwa kila moja ya maeneo yana fomu:
Suluhisho la fomu 
inalingana na wimbi linaloenea katika mwelekeo wa mhimili x, A 
- wimbi linaloenea kwa mwelekeo tofauti. Katika mkoa wa 1 muhula 
inaelezea tukio la wimbi kwenye kizuizi, na neno 
- wimbi lililojitokeza kutoka kwa kizuizi. Katika mkoa wa 3 (upande wa kulia wa kizuizi) kuna wimbi tu linaloenea katika mwelekeo wa x, kwa hivyo. 
.
Kazi ya wimbi lazima ikidhi hali ya mwendelezo, kwa hivyo suluhisho (6), (7), (8) kwenye mipaka ya kizuizi kinachowezekana lazima "zimeunganishwa". Ili kufanya hivyo, tunalinganisha kazi za wimbi na derivatives zao kwa x=0 Na x = l:
;
;
;
. (1.7.10)
Kutumia (1.7.7) - (1.7.10), tunapata nne equations kuamua tano mgawo A 1 , A 2 , A 3 ,KATIKA 1 Na KATIKA 2 :
A 1 +B 1 =A 2 +B 2 ;
A 2 exp( l+ B 2 exp(- l) = A 3 exp(ikl) ;
ik(A 1 - KATIKA 1 ) = (A 2 -NDANI 2 ) ; (1.7.11)
(A 2 exp( l)-NDANI 2 exp(- l) = ikA 3 exp(ikl) .
Ili kupata uhusiano wa tano, tunaanzisha dhana za mgawo wa kutafakari na uwazi wa kizuizi.
Mgawo wa kuakisi tupigie simu jamaa
, (1.7.12)
ambayo inafafanua uwezekano tafakari ya chembe kutoka kwa kizuizi.
Kipengele cha uwazi
(1.7.13)
inatoa uwezekano kwamba chembe itapita kupitia kizuizi. Kwa kuwa chembe itaonyeshwa au kupita kwenye kizuizi, jumla ya uwezekano huu ni sawa na moja. Kisha
R+ D =1; (1.7.14)
. (1.7.15)
Ndivyo ilivyo tano uhusiano unaofunga mfumo (1.7.11), kutoka kwa wote tano mgawo
Ya riba kubwa ni mgawo wa uwaziD. Baada ya mabadiliko tunapata
,
(7.1.16)
Wapi D 0 - thamani karibu na umoja.
Kutoka (1.7.16) ni wazi kwamba uwazi wa kizuizi hutegemea sana upana wake l, juu ya jinsi kizuizi kilivyo juu U 0 inazidi nishati ya chembe E, na pia juu ya wingi wa chembe m.
NA 
kutoka kwa mtazamo wa kitamaduni, kifungu cha chembe kupitia kizuizi kinachowezekana E<
U 0
inapingana na sheria ya uhifadhi wa nishati. Ukweli ni kwamba ikiwa chembe ya classical ilikuwa wakati fulani katika eneo la kizuizi (kanda 2 kwenye Mchoro 1.7), basi nishati yake ya jumla itakuwa chini ya uwezo wa nishati (na nishati ya kinetic itakuwa mbaya!?). NA nukta quantum hakuna mkanganyiko huo. Ikiwa chembe inakwenda kwenye kizuizi, basi kabla ya kugongana nayo ina nishati maalum sana. Acha kuingiliana na kizuizi kudumu kwa muda
t, basi, kwa mujibu wa uhusiano usio na uhakika, nishati ya chembe haitakuwa tena ya uhakika; kutokuwa na uhakika wa nishati 
. Wakati kutokuwa na uhakika huu kugeuka kuwa juu ya utaratibu wa urefu wa kizuizi, huacha kuwa kikwazo kisichoweza kushindwa kwa chembe, na chembe itapita ndani yake.
Uwazi wa kizuizi hupungua kwa kasi kwa upana wake (tazama Jedwali 1.1.). Kwa hivyo, chembe zinaweza kupita kwa vizuizi vifinyu tu vinavyowezekana kwa sababu ya utaratibu wa tunnel.
Jedwali 1.1
Thamani za mgawo wa uwazi wa elektroni kwa ( U 0 – E ) = 5 eV = const
|
l,nm | |||||
Tulizingatia kizuizi cha umbo la mstatili. Katika kesi ya kizuizi kinachowezekana cha umbo la kiholela, kwa mfano, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 1.7, mgawo wa uwazi una fomu.
. (1.7.17)
Athari ya handaki inajidhihirisha katika idadi ya matukio ya kimwili na ina matumizi muhimu ya vitendo. Hebu tutoe mifano fulani.
1. Utoaji wa elektroni wa shamba (baridi) wa elektroni.
KATIKA 
Mnamo 1922, uzushi wa uzalishaji wa elektroni baridi kutoka kwa metali chini ya ushawishi wa uwanja wa umeme wa nje wenye nguvu uligunduliwa. Grafu ya Nishati Inayowezekana U elektroni kutoka kwa kuratibu x inavyoonyeshwa kwenye Mtini. Katika x
<
0 ni eneo la chuma ambalo elektroni zinaweza kusonga karibu kwa uhuru. Hapa nishati inayowezekana inaweza kuchukuliwa mara kwa mara. Ukuta unaowezekana unaonekana kwenye mpaka wa chuma, kuzuia elektroni kutoka kwa chuma; inaweza kufanya hivyo tu kwa kupata nishati ya ziada. sawa na kazi Utgång A.
Nje ya chuma (saa x >
0) nishati ya elektroni bure haibadilika, hivyo wakati x> 0 grafu U(x)
huenda kwa usawa. Hebu sasa tutengeneze uwanja wa umeme wenye nguvu karibu na chuma. Ili kufanya hivyo, chukua sampuli ya chuma katika sura ya sindano kali na kuunganisha kwa pole hasi ya chanzo. Mchele. 1.9 Kanuni ya uendeshaji wa darubini ya handaki
ka voltage, (itakuwa cathode); Tutaweka electrode nyingine (anode) karibu, ambayo tutaunganisha pole nzuri ya chanzo. Ikiwa tofauti inayowezekana kati ya anode na cathode ni kubwa ya kutosha, inawezekana kuunda uwanja wa umeme na nguvu ya karibu 10 8 V / m karibu na cathode. Kizuizi kinachowezekana kwenye kiolesura cha utupu cha chuma kinakuwa nyembamba, elektroni huvuja kupitia hiyo na kuacha chuma.
Uchafuzi wa shamba ulitumiwa kuunda mirija ya utupu na cathodes baridi (sasa haitumiki); sasa imepata matumizi katika darubini za handaki, ilivumbuliwa mwaka wa 1985 na J. Binning, G. Rohrer na E. Ruska.
Katika darubini ya handaki, uchunguzi - sindano nyembamba - husogea kando ya uso chini ya uchunguzi. Sindano inachunguza uso chini ya utafiti, kuwa karibu nayo kwamba elektroni kutoka kwa shells za elektroni (mawingu ya elektroni) ya atomi ya uso, kutokana na mali ya wimbi, inaweza kufikia sindano. Ili kufanya hivyo, tunatumia "plus" kutoka kwa chanzo hadi sindano, na "minus" kwa sampuli chini ya utafiti. Mkondo wa handaki ni sawia na mgawo wa uwazi wa kizuizi kinachowezekana kati ya sindano na uso, ambayo, kulingana na formula (1.7.16), inategemea upana wa kizuizi. l. Wakati wa skanning uso wa sampuli na sindano, sasa ya tunnel inatofautiana kulingana na umbali l, kurudia wasifu wa uso. Harakati za usahihi za sindano kwa umbali mfupi hufanywa kwa kutumia athari ya piezoelectric; kwa hili, sindano imewekwa kwenye sahani ya quartz, ambayo hupanua au mikataba wakati voltage ya umeme inatumika kwake. Teknolojia za kisasa hufanya iwezekanavyo kuzalisha sindano nyembamba sana kwamba kuna atomi moja tu mwisho wake.
NA 
picha huundwa kwenye skrini ya maonyesho ya kompyuta. Ruhusa hadubini ya handaki juu sana kwamba inakuwezesha "kuona" mpangilio wa atomi binafsi. Mchoro 1.10 unaonyesha mfano wa picha ya uso wa atomiki wa silicon.
2. Alpha radioactivity ( - kuoza) Katika jambo hili, mabadiliko ya hiari ya viini vya mionzi hutokea, kama matokeo ambayo kiini kimoja (kinachoitwa kiini mama) hutoa chembe na kugeuka kuwa kiini kipya (binti) na chaji chini ya vitengo 2. Tukumbuke kwamba chembe (kiini cha atomi ya heliamu) ina protoni mbili na neutroni mbili.
E 
Ikiwa tunadhania kwamba chembe ya α iko kama malezi moja ndani ya kiini, basi grafu ya utegemezi wa nishati yake inayowezekana kwenye uratibu katika uwanja wa nucleus ya mionzi ina fomu iliyoonyeshwa kwenye Mchoro 1.11. Imedhamiriwa na nishati ya mwingiliano wa nguvu (nyuklia), unaosababishwa na mvuto wa nucleons kwa kila mmoja, na nishati ya mwingiliano wa Coulomb (repulsion electrostatic ya protoni).
Matokeo yake, ni chembe katika kiini chenye nishati E iko nyuma ya kizuizi kinachowezekana. Kutokana na sifa zake za wimbi, kuna uwezekano fulani kwamba chembe itaishia nje ya kiini.
3. Athari ya tunnel ndaniuk- n- mpito Inatumika katika madarasa mawili ya vifaa vya semiconductor: handaki Na diode zilizobadilishwa. Kipengele cha diode za tunnel ni kuwepo kwa sehemu inayoanguka kwenye tawi la moja kwa moja la tabia ya sasa ya voltage - sehemu yenye upinzani mbaya wa tofauti. Jambo la kuvutia zaidi kuhusu diodes ya reverse ni kwamba wakati wa kushikamana kinyume chake, upinzani ni chini ya wakati wa kushikamana kinyume chake. Kwa habari zaidi juu ya handaki na diodi za nyuma, ona sehemu ya 5.6.
Athari ya tunnel
Athari ya tunnel
Athari ya tunnel (tunnel) - kupita kwa chembe (au mfumo) kupitia eneo la nafasi ambayo kukaa ni marufuku. mechanics ya classical. Wengi mfano maarufu mchakato huo ni kifungu cha chembe kupitia kizuizi kinachowezekana wakati nishati yake E ni chini ya urefu wa kizuizi U 0 . Katika fizikia ya classical, chembe haiwezi kuonekana katika eneo la kizuizi kama hicho, hata kidogo kupita ndani yake, kwani hii inakiuka sheria ya uhifadhi wa nishati. Walakini, katika fizikia ya quantum hali ni tofauti kabisa. Chembe ya quantum haisogei kwenye njia yoyote maalum. Kwa hiyo, tunaweza tu kuzungumza juu ya uwezekano wa kupata chembe katika eneo fulani la nafasi ΔрΔх > •. Katika kesi hii, hakuna nguvu zinazowezekana au za kinetic hazina maadili dhahiri kulingana na kanuni ya kutokuwa na uhakika. Mkengeuko kutoka kwa nishati ya asili E kwa kiasi ΔE inaruhusiwa katika vipindi vya muda vilivyotolewa na uhusiano wa kutokuwa na uhakika ΔEΔt > ћ (ћ = h/2π, ambapo h – Planck ni mara kwa mara).
Uwezekano wa chembe kupita kwenye kizuizi kinachowezekana ni kwa sababu ya hitaji la kuendelea kazi ya wimbi juu ya kuta za kizuizi kinachowezekana. Uwezekano wa kugundua chembe upande wa kulia na kushoto unahusiana na kila mmoja na uhusiano ambao unategemea tofauti E - U (x) katika eneo la kizuizi kinachowezekana na kwa upana wa kizuizi x 1 - x 2 kwa wakati fulani. nishati.
Kadiri urefu na upana wa kizuizi unavyoongezeka, uwezekano wa athari ya tunnel hupungua kwa kasi. Uwezekano wa athari ya handaki pia hupungua kwa kasi kwa kuongezeka kwa wingi wa chembe.
Kupenya kupitia kizuizi ni uwezekano. Chembe na E< 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 fizikia ya atomiki: kuoza kwa alpha, utoaji wa baridi wa elektroni kutoka kwa metali, matukio katika safu ya mawasiliano ya semiconductors mbili, nk.
> Uwekaji vichuguu wa Quantum
Chunguza kiasi athari ya handaki . Jua chini ya hali gani athari ya maono ya handaki hutokea, formula ya Schrödinger, nadharia ya uwezekano, obiti za atomiki.
Ikiwa kitu hakina nishati ya kutosha kuvunja kizuizi, basi kinaweza kupitisha nafasi ya kufikiria kwa upande mwingine.
Lengo la Kujifunza
- Tambua mambo yanayoathiri uwezekano wa kuwekewa vichuguu.
Pointi kuu
- Uchimbaji wa quantum hutumiwa kwa vitu vyovyote vilivyo mbele ya kizuizi. Lakini kwa madhumuni ya macroscopic uwezekano wa tukio ni mdogo.
- Athari ya handaki hutokana na fomula ya kijenzi cha Schrödinger. Kwa kuwa iko katika utendaji wa wimbi la kitu chochote, inaweza kuwepo katika nafasi ya kufikiria.
- Tunnel hupungua kadri wingi wa mwili unavyoongezeka na pengo kati ya nishati ya kitu na kizuizi huongezeka.
Muda
- Kuweka vichuguu ni njia ya kiteknolojia ya quantum ya chembe kupitia kizuizi cha nishati.
Je, athari ya tunnel hutokeaje? Fikiria kurusha mpira, lakini hupotea mara moja bila kugusa ukuta, na inaonekana upande mwingine. Ukuta hapa utabaki mzima. Kwa kushangaza, kuna uwezekano mdogo kwamba tukio hili litatimia. Jambo hilo linaitwa athari ya tunnel ya quantum.
Katika kiwango cha macroscopic, uwezekano wa tunneling bado haujalishi, lakini huzingatiwa mara kwa mara kwenye nanoscale. Hebu tuangalie atomi yenye p orbital. Kati ya lobes mbili kuna ndege ya nodal. Kuna uwezekano kwamba elektroni inaweza kupatikana wakati wowote. Walakini, elektroni husogea kutoka lobe moja hadi nyingine kwa njia ya tunnel ya quantum. Hawawezi kuwa katika eneo la kitovu, na wanasafiri kupitia nafasi ya kufikiria.
Lobes nyekundu na bluu zinaonyesha kiasi ambapo kuna uwezekano wa 90% wa kupata elektroni wakati wowote ikiwa eneo la obiti limekaliwa.
Nafasi ya muda haionekani kuwa halisi, lakini inashiriki kikamilifu katika fomula ya Schrödinger:
Mambo yote yana sehemu ya wimbi na yanaweza kuwepo katika nafasi ya kufikiria. Mchanganyiko wa uzito wa kitu, nishati, na urefu wa nishati utasaidia kuelewa tofauti katika uwezekano wa tunnel.
Kipengee kinapokaribia kizuizi, utendaji wa mawimbi hubadilika kutoka wimbi la sine hadi kulegea kwa kasi. Fomula ya Schrödinger:
Uwezekano wa tunnel unakuwa mdogo kadri wingi wa kitu unavyoongezeka na pengo kati ya nishati huongezeka. Kitendaji cha mawimbi hakikaribii 0, ndiyo maana kuweka tunnel ni kawaida sana kwenye nanoscales.
(kutatua shida za block ya PHYSICS, na vile vile vizuizi vingine, itakuruhusu kuchagua watu WATATU kwa mzunguko wa wakati wote ambao walifunga katika kutatua shida za block HII. idadi kubwa zaidi pointi. Zaidi ya hayo, kulingana na matokeo ya raundi ya ana kwa ana, wagombea hawa watashindana kwa uteuzi maalum " Fizikia ya nanosystems" Watu wengine 5 walio na alama za juu zaidi pia watachaguliwa kwa raundi ya muda wote. kabisa idadi ya pointi, hivyo baada ya kutatua matatizo katika maalum yako kuna maana kamili kutatua matatizo kutoka kwa vitalu vingine. )
Moja ya tofauti kuu kati ya nanostructures na miili ya macroscopic ni utegemezi wa kemikali zao na mali za kimwili kutoka kwa ukubwa. Mfano wazi Hii inafanikiwa na athari ya handaki, ambayo inajumuisha kupenya kwa chembe za mwanga (elektroni, protoni) kwenye maeneo ambayo haipatikani kwao kwa nguvu. Athari hii inacheza jukumu muhimu katika michakato kama vile uhamisho wa malipo katika vifaa vya photosynthetic ya viumbe hai (inafaa kuzingatia kwamba vituo vya athari za kibaolojia ni kati ya nanostructures yenye ufanisi zaidi).
Athari ya tunnel inaweza kuelezewa na asili ya wimbi la chembe za mwanga na kanuni ya kutokuwa na uhakika. Kutokana na ukweli kwamba chembe ndogo hazina nafasi maalum katika nafasi, hakuna dhana ya trajectory kwao. Kwa hivyo, kuhama kutoka sehemu moja hadi nyingine, chembe sio lazima kupita kwenye mstari unaowaunganisha, na kwa hivyo inaweza "kupitia" maeneo ambayo hayaruhusiwi na nishati. Kwa sababu ya kukosekana kwa kuratibu kamili kwa elektroni, hali yake inaelezewa kwa kutumia kitendakazi cha wimbi ambacho kinaashiria usambazaji wa uwezekano kando ya kuratibu. Picha inaonyesha mwonekano wa kawaida utendaji wa mawimbi wakati wa kuelekeza chini ya kizuizi cha nishati.
Uwezekano uk kupenya kwa elektroni kupitia kizuizi kinachowezekana inategemea urefu U na upana wa mwisho l ( Mfumo 1, kushoto), Wapi m- wingi wa elektroni; E- nishati ya elektroni, h - mara kwa mara ya Planck na bar.
1. Amua uwezekano kwamba vichuguu elektroni hadi umbali wa nm 0.1 ikiwa ni tofauti ya nishati.U -E = eV 1 ( 2 pointi) Kukokotoa tofauti ya nishati (katika eV na kJ/mol) ambapo elektroni inaweza kupitisha umbali wa nm 1 na uwezekano wa 1% ( 2 pointi).
Moja ya matokeo yanayoonekana zaidi ya athari ya handaki ni utegemezi usio wa kawaida wa kiwango cha mara kwa mara mmenyuko wa kemikali juu ya joto. Kadiri halijoto inavyopungua, kiwango cha mara kwa mara huwa si 0 (kama inavyoweza kutarajiwa kutoka kwa mlinganyo wa Arrhenius), lakini hadi thamani ya kudumu, ambayo imedhamiriwa na uwezekano wa tunnel ya nyuklia p ( f fomula 2, kushoto), wapi A- sababu ya awali ya kielelezo; E A - nishati ya uanzishaji. Hii inaweza kuelezewa na ukweli kwamba wakati joto la juu Ni chembe hizo tu ambazo nishati yake ni kubwa kuliko nishati ya kizuizi huingia kwenye majibu, na wakati gani joto la chini mmenyuko hutokea tu kutokana na athari ya handaki.
2. Kutoka kwa data ya majaribio iliyo hapa chini, bainisha nishati ya kuwezesha na uwezekano wa tunnel ( 3 pointi).
|
k(T), c-1 |
|
Katika quantum ya kisasa vifaa vya elektroniki Athari ya tunneling ya resonant hutumiwa. Athari hii hutokea ikiwa elektroni hukutana na vikwazo viwili vilivyotenganishwa na kisima kinachowezekana. Ikiwa nishati ya elektroni inapatana na moja ya viwango vya nishati kwenye kisima (hii ndiyo hali ya resonance), basi. uwezekano wa jumla Kuweka tunnel kumedhamiriwa kwa kupitisha vizuizi viwili nyembamba, lakini ikiwa sivyo, basi kizuizi kikubwa kinaonekana kwenye njia ya elektroni, ambayo ni pamoja na kisima kinachowezekana, na uwezekano wa jumla wa kukanyaga huelekea 0.
3. Linganisha uwezekano wa tunnel ya elektroni ya resonant na isiyo na resonant kwa vigezo vifuatavyo: upana wa kila kizuizi ni 0.5 nm, upana wa kisima kati ya vikwazo ni 2 nm, urefu wa wote. vikwazo vinavyowezekana kuhusiana na nishati ya elektroni ni 0.5 eV ( 3 pointi) Ni vifaa gani vinatumia kanuni ya upitishaji ( 3 pointi)?