터널 효과가 핵심입니다. 잠재적 장벽. 터널 효과. 터널 효과의 개념

터널 효과
터널링 효과

터널 효과 (터널링) - 입자(또는 시스템)가 공간 영역을 통과하는 것으로 고전 역학에 의해 체류가 금지됩니다. 그러한 과정의 가장 유명한 예는 입자의 에너지 E가 장벽 높이 U 0 미만일 때 입자가 전위 장벽을 통과하는 것입니다. 고전 물리학에서 입자는 에너지 보존 법칙을 위반하기 때문에 그러한 장벽의 영역에 있을 수 없으며 훨씬 덜 통과합니다. 그러나 양자 물리학에서는 상황이 근본적으로 다릅니다. 양자 입자는 특정 궤적을 따라 움직이지 않습니다. 따라서 우리는 공간 ΔрΔх의 특정 영역에서 입자를 찾을 확률에 대해서만 이야기할 수 있습니다. > ћ. 그러나 잠재력이나 운동 에너지불확정성 원리에 따라 명확한 값이 없습니다. 불확실성 관계 ΔЕΔt에 의해 주어진 시간 간격 t 동안 값 ΔЕ만큼 고전적 에너지 Е에서 벗어날 수 있습니다. > ћ (ћ = h/2π, 여기서 h는 플랑크 상수임).

전위 장벽을 통과하는 입자의 가능성은 전위 장벽 벽에 대한 연속 파동 함수의 요구 사항 때문입니다. 오른쪽과 왼쪽에서 입자를 감지할 확률은 포텐셜 장벽 영역의 차이 E - U(x)와 장벽 너비 x 1 - x 2에 따라 달라지는 관계와 관련이 있습니다. 주어진 에너지.

장벽의 높이와 너비가 증가함에 따라 터널링 효과의 확률은 기하급수적으로 감소합니다. 터널 효과의 확률은 또한 입자 질량이 증가함에 따라 급격히 감소합니다.
장벽을 통한 침투는 확률적입니다. E가 있는 입자< 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 атомной физики: альфа-распад, холодная эмиссия электронов из металлов, явления в контактном слое двух полупроводников и т.д.

터널 효과(터널링) - 운동 영역을 통한 시스템의 양자 전이, 금지된 고전. 역학. 그러한 과정의 전형적인 예는 입자가 통과하는 것입니다. 잠재적 장벽그것의 에너지 장벽의 높이보다 작습니다. 입자 운동량 아르 자형이 경우 관계에서 결정됩니다. 어디 유(엑스)- 강력한. 입자 에너지 ( 티- 질량)은 허수량인 장벽 내부 영역에 있을 것입니다. 안에 양자 역학덕분에 불확실성 관계운동량과 좌표 사이에서 하위 장벽 운동이 가능합니다. 이 영역에서 입자의 파동 함수는 기하급수적으로 감소하고 반고전적 사례(참조 준고전적 근사) 장벽 아래에서 출구 지점의 진폭이 작습니다.

잠재력의 통과에 대한 문제 설명 중 하나입니다. 장벽은 입자의 일정한 흐름이 장벽에 떨어지는 경우에 해당하며 통과된 흐름의 값을 찾아야 합니다. 이러한 문제에 대해 계수가 도입됩니다. 배리어 투명도(터널 전이 계수) 디, 과거의 강도와 사건 흐름의 비율과 같습니다. 시간의 가역성으로부터 계수를 따른다. "정방향" 및 역방향 전환에 대한 투명도는 동일합니다. 1차원의 경우 계수 투명성은 다음과 같이 쓸 수 있습니다.


통합은 고전적으로 접근할 수 없는 영역에서 수행되며, 엑스 1,2 - 조건에서 결정되는 전환점 클래식의 한계에 있는 전환점에서. 역학, 입자의 운동량이 사라집니다. 계수. 디 0은 정의를 위해 양자 역학의 정확한 솔루션을 요구합니다. 작업.

반고전주의 조건 하에서


즉시를 제외하고 장벽 전체에 걸쳐 전환점 인근 엑스 1.2 확률 디 0은 단일성과 약간 다릅니다. 생물. 차이점 디 0 from unity는 예를 들어 potenc가 있는 경우일 수 있습니다. 장벽의 한쪽에서 나오는 에너지는 너무 가파르게 진행되어 반고전적입니다. 근사는 거기에 적용할 수 없거나 에너지가 장벽 높이에 가까울 때(즉, 지수의 표현이 작을 때). 직사각형 장벽 높이의 경우 유대략 그리고 넓게 ㅏ계수 투명도는 f-loy에 의해 결정됩니다.
어디

장벽의 바닥은 제로 에너지에 해당합니다. 세미클래식에서 사례 디화합에 비하면 작다.

박사 입자가 장벽을 통과하는 문제에 대한 설명은 다음과 같습니다. 처음에 입자를 보자. 시간의 순간은 소위에 가까운 상태에 있습니다. 뚫을 수 없는 장벽(예를 들어, 장벽이 잠재적인 구멍방출된 입자의 에너지보다 더 큰 높이까지). 그러한 상태는 준정지. 정지 상태와 유사하게 입자의 파동 함수의 시간 의존성은 이 경우 인자로 주어진다. 여기서 복소량은 에너지로 나타납니다. 이자형, 허수 부분은 T로 인해 단위 시간당 준 정지 상태의 붕괴 확률을 결정합니다. e.:

세미클래식에서 f-loy(3)가 주어진 확률인 근사는 지수를 포함합니다. in-f-le(1)과 같은 유형의 인자. 구형 대칭 냄비의 경우. 장벽은 궤도에서 준정지 상태가 붕괴할 확률입니다. 엘 f-loy에 의해 결정됨


여기 아르 자형 1,2는 피적분 값이 0인 방사형 전환점입니다. 요인 승 0예를 들어 전위의 고전적으로 허용된 부분에서 동작의 특성에 따라 달라집니다. 그는 비례합니다. 고전 장벽 벽 사이의 입자 주파수.

T. e. 무거운 핵의 붕괴 메커니즘을 이해할 수 있습니다. 입자와 딸핵 사이에 정전기가 작용합니다. f-loy에 의해 결정되는 반발력 크기 정도의 작은 거리에서 ㅏ핵은 eff와 같습니다. 잠재력은 부정적인 것으로 간주될 수 있습니다. 결과적으로 확률 ㅏ-붕괴는 비율에 의해 주어진다

여기서 는 방출된 α 입자의 에너지입니다.

T. e. 수천만에서 수억 도의 온도에서 태양과 별에서 열핵 반응의 가능성을 결정합니다(참조. 별의 진화)뿐만 아니라 열핵 폭발 또는 CTS 형태의 지상파 조건에서도 마찬가지입니다.

약한 투과성 장벽으로 분리된 두 개의 동일한 우물로 구성된 대칭 전위에서 T. e. 이산 에너지 준위의 약한 이중 분할(소위 반전 분할, 아래 참조)을 초래하는 우물의 상태로 이어집니다. 분자 스펙트럼). 공간에서 주기적으로 무한한 구멍 세트의 경우 각 수준이 에너지 영역으로 바뀝니다. 이것이 좁은 전자 에너지를 형성하는 메커니즘입니다. 격자 부위에 전자가 강하게 결합하는 결정의 영역.

반도체 결정에 전기를 가하면 그런 다음 전자의 허용 에너지 영역이 공간에서 기울어집니다. 따라서 포스트 레벨 전자 에너지는 모든 밴드를 교차합니다. 이러한 조건 하에서 하나의 에너지에서 전자의 전이가 가능해집니다. T로 인해 다른 영역으로. e. 이 경우 고전적으로 접근할 수 없는 영역은 금지된 에너지 영역입니다. 이 현상을 제너 테스트. 준고전적 근사치는 전기 강도의 작은 값에 해당합니다. 필드. 이 한계에서 제너 고장 확률은 메인에서 결정됩니다. 지수에서 컷은 큰 음수입니다. 금지된 에너지 폭의 비율에 비례하는 값. 단위 셀 크기와 동일한 거리에서 적용된 필드에서 전자가 얻은 에너지에 대한 밴드.

에서도 비슷한 효과가 나타납니다. 터널 다이오드, 반도체로 인해 영역이 기울어지는 곳 아르 자형- 그리고 N- 연락처의 경계선 양쪽에 입력하십시오. 터널링은 캐리어가 통과하는 영역에서 유한한 유휴 상태 밀도가 있다는 사실 때문에 수행됩니다.

T.e 덕분에 전기가능. 얇은 유전체로 분리된 두 금속 사이의 전류. 분할. 이러한 금속은 정상 상태와 초전도 상태 모두에 있을 수 있습니다. 후자의 경우 다음이 있을 수 있습니다. 조셉슨 효과.

T. e. 이러한 현상은 강한 전기에서 발생합니다. 원자의 자동 이온화와 같은 필드(참조 전계 이온화)그리고 전계 방출금속에서. 두 경우 모두 전기 필드는 유한한 투명성의 장벽을 형성합니다. 전기가 강할수록 전계일수록 장벽이 더 투명해지고 금속에서 나오는 전자 전류가 더 강해집니다. 이 원칙을 바탕으로 스캐닝 터널링 현미경- 연구 중인 표면의 여러 지점에서 터널 전류를 측정하고 불균일성 특성에 대한 정보를 제공하는 장치입니다.

T. e. 하나의 입자로 이루어진 양자계에서만 가능한 것이 아니다. 예를 들어, 결정의 저온 운동은 많은 입자로 구성된 전위의 마지막 부분의 터널링과 관련될 수 있습니다. 이러한 문제에서 선형 전위는 초기에 축을 따라 놓인 탄성 끈으로 나타낼 수 있습니다. ~에잠재력의 지역 최소값 중 하나에서 V(엑스, 와이). 이 잠재력은 ~에, 축을 따라 릴리프 엑스로컬 최소값의 시퀀스이며, 각 최소값은 크리스탈에 적용되는 기계적 양에 따라 다른 값보다 낮습니다. . 이 응력의 작용 하에서 전위의 움직임은 특정 값의 이웃 최소값으로 터널링으로 축소됩니다. 탈구 부분을 제거한 다음 나머지 부분을 잡아당깁니다. 동일한 종류의 터널링 메커니즘이 움직임을 담당할 수 있습니다. 전하 밀도 파동 Peierls에서(cf. Peierls 전환).

이러한 다차원 양자계의 터널링 효과를 계산하기 위해서는 준고전적 방법을 사용하는 것이 편리하다. 형태의 파동 함수 표현 어디 에스-권위 있는 시스템 조치. T. e. 필수 허수 부분 에스, 고전적으로 접근할 수 없는 영역에서 파동 함수의 감쇠를 결정합니다. 이를 계산하기 위해 복잡한 궤적 방법이 사용됩니다.

잠재력을 극복하는 양자 입자. 장벽, 온도 조절 장치에 연결될 수 있습니다. 고전에서 역학, 이것은 마찰이 있는 운동에 해당합니다. 따라서 터널링을 설명하려면 다음과 같은 이론이 필요합니다. 소산성 . 이러한 종류의 고려 사항은 조셉슨 접합의 현재 상태의 유한 수명을 설명하는 데 사용되어야 합니다. 이 경우 eff 터널링이 발생합니다. 장벽을 통과하는 양자 입자와 온도 조절기의 역할은 일반 전자에 의해 수행됩니다.

문학.: Landau L. D., Lifshits E. M., 양자 역학, 4판, M., 1989; Ziman J., 고체 상태 이론의 원리, trans. English, 2nd ed., M., 1974; Baz A. I., Zeldovich Ya. B., Perelomov A. M., 비상대론적 양자 역학의 산란, 반응 및 붕괴, 2판, M., 1971; 터널 현상 고체, 당. 영어에서, M., 1973; Likharev K.K., Josephson 접합 역학 소개, 모스크바, 1985. B. I. Ivlev.

터널 효과, 고전 법칙에 따라 공간 영역을 통해 양자 입자가 침투하는 것으로 구성된 양자 효과. 입자를 찾는 물리학은 금지되어 있습니다. 권위 있는 총 에너지 E를 갖고 전위에 있는 입자. 필드는 총 에너지가 잠재력을 초과하지 않는 공간 영역에만 존재할 수 있습니다. 필드와의 상호 작용의 에너지 U. 양자 입자의 파동함수는 모든 공간에서 0이 아니며 특정 공간 영역에서 입자를 발견할 확률은 파동함수 계수의 제곱으로 주어지므로 금지된 고전 역학의 견해) 영역에서 파동 함수는 0이 아닙니다.

티 언넬 효과는 포텐셜 필드 U(x)(x는 입자의 좌표임)에서 1차원 입자의 모델 문제를 사용하여 편리하게 설명할 수 있습니다. 대칭 이중 우물 전위(그림 a)의 경우 파동 함수는 우물 내부에 "적합"해야 합니다. 즉, 정상파입니다. 이산 에너지 틱. 전위의 최소값을 분리하는 장벽 아래에 위치한 레벨은 밀접하게 간격을 둔(거의 퇴보한) 쌍을 형성합니다. 에너지 차이. 한 쌍을 구성하는 수준이라고 합니다. 터널 분할, 이 차이는 각 양자 상태에 대한 문제의 정확한 솔루션(파동 함수)이 전위의 최소값 모두에서 비편재화되고 모든 정확한 솔루션이 비축퇴 수준에 해당한다는 사실에 기인합니다(에너지 축퇴 참조). 수준). 터널링 효과의 확률은 파동 패킷의 장벽을 통과하는 계수에 의해 결정되며, 이는 전위의 최소값 중 하나에 국한된 입자의 비정상 상태를 설명합니다.





포텐셜 곡선 에너지 U (x) 입자에 인력이 작용하는 경우 (a - 전위 우물 2 개, 전위 우물 1 개) 및 반발력이 입자에 작용하는 경우 (반발 전위, c) . E는 입자의 총 에너지이고 x는 좌표입니다. 가는 선은 파동 함수를 나타냅니다.

잠재적으로 c =에서 상호 작용 전위보다 큰 에너지 E를 갖는 입자에 대해 하나의 로컬 최소값을 갖는 필드(그림 b), 이산 에너지. 상태는 없지만 친척이 큰 준 정지 상태 세트가 있습니다. 최소값에 가까운 입자를 찾을 확률. 이러한 준정지 상태에 해당하는 웨이브 패킷은 준안정 양자 상태를 설명합니다. 웨이브 패킷은 터널링 효과로 인해 흐려지고 사라집니다. 이러한 상태는 수명(붕괴 확률)과 에너지 폭으로 특징지어집니다. 수준.

반발 전위(그림 c)에 있는 입자의 경우 전위의 한쪽에 있는 비정지 상태를 설명하는 파동 패킷입니다. 장벽, 이 상태에서 입자의 에너지가 장벽의 높이보다 작더라도 일정한 확률(관통 확률 또는 터널링 확률이라고 함)로 장벽의 다른 쪽을 따라 통과할 수 있습니다.

나이브. 화학에 중요한 터널링 효과의 발현: 1) 불연속 진동의 터널링 분할, 회전. 그리고 e-co-lebat. 수준. 진동 분할. 여러 분자 수준. 등가 평형 핵 구성 - 이것은 역전 배가(암모니아와 같은 분자에서)이며, 내선이 억제된 분자의 분할 수준입니다. 회전(에탄, 톨루엔) 또는 비강체 분자에서 vnutrimol이 허용됩니다. 등가 평형 구성으로 이어지는 재배열(예: PF 5). 다른 경우. 포텐셜 에너지 표면의 등가 최소값은 포텐셜로 구분됩니다. 장벽(예: 복잡한 분자의 오른손잡이 및 왼손잡이 이성질체에 대한 평형 구성), 그런 다음 실제 교각에 대한 적절한 설명. 시스템은 지역화된 웨이브 패킷의 도움으로 달성됩니다. 이 경우 두 개의 최소값으로 비편재화 된 한 쌍의 고정 상태는 불안정합니다. 매우 작은 섭동의 작용으로 하나 또는 다른 최소값에 국한된 두 상태의 형성이 가능합니다.

준 퇴화 그룹의 회전 분할. 상태(소위 회전 클러스터)도 그들이 말하는 터널링 때문입니다. 이웃 간의 시스템 동등한 고정 회전축. 전자 진동의 분할. (진동) 상태는 강한 Jahn-Teller 효과의 경우에 발생합니다. 터널 분할은 또한 다음에 의해 형성된 구역의 존재와 관련이 있습니다. 전자 상태개별 원자 또는 몰. 주기적으로 고체의 조각. 구조.

2) 입자 이동 및 기본 여기의 현상. 이 일련의 현상에는 불연속 상태와 준정지 상태의 붕괴 사이의 전이를 설명하는 비정지 프로세스가 포함됩니다. 분해에 국한된 파동 함수를 사용하여 이산 상태 간 전환. 1단열의 최소값 잠재력, 다양한 화학 물질에 해당합니다. r-tions. 터널 효과는 항상 p-rate에 어느 정도 기여하지만 이 기여는 다음 경우에만 중요합니다. 저온, 초기 상태에서 최종 상태로 장벽 위의 전환이 해당 에너지 수준의 낮은 인구로 인해 가능성이 없을 때. 터널 효과는 속도 r-tion의 비-Arrhenius 거동에서 나타납니다. 전형적인 예는 고체 포름알데히드의 방사선 개시 중합 동안 사슬 성장입니다. t-re에서 이 프로세스의 속도는 약입니다. 140K는 Arrhenius 법칙에 의해 다음과 같이 만족스럽게 설명됩니다.

터널 효과

터널 효과

(터널링), 완전한 경우(T. e에 남아 있는 경우) 미립자에 의한 잠재적 장벽 극복 대부분의 경우변경되지 않음) 장벽의 높이보다 작습니다. T. e.는 본질적으로 양자 현상입니다. 자연, 고전에서는 불가능합니다. 역학; T. e의 아날로그. 파도에. 광학은 기하 구조의 관점에서 볼 때 조건 하에서 반사 매체 내부(빛의 파장 정도의 거리에서)에 빛이 침투하는 역할을 할 수 있습니다. 광학이 진행됩니다. T. e. 의 기초에 놓여있다. at에서 중요한 프로세스. 그리고 부두. 물리학, 물리학에서. 핵, TV 바디 등

T. e. (QUANTUM MECHANICS 참조)에 기초하여 해석됩니다. 권위 있는 h-tsa는 전위 안에 있을 수 없습니다. 높이 장벽 V, 에너지라면? 운동량 p - 허수 값 (m - h-tsy). 그러나 미세 입자의 경우 이 결론은 불공평합니다. 불확실성 관계로 인해 p-tsy가 공간에 고정됩니다. 장벽 내부의 영역은 운동량을 불확실하게 만듭니다. 따라서 고전적인 관점에서 볼 때 금지된 내부의 미세 입자를 감지할 확률은 0이 아닙니다. 지역 역학. 따라서 정의가 나타납니다. 잠재력을 통과할 확률. T에 해당하는 장벽 e. 이 확률은 클수록 p-tsy의 질량이 작을수록 효능이 좁아집니다. 장벽의 높이에 도달하는 데 더 적은 에너지가 필요합니다(차이 V-η가 작을수록). 장벽을 통과할 확률 - ch. 신체를 결정하는 요소 특성 T. e. 1차원 포텐셜의 경우 이러한 문자의 장벽은 계수입니다. 장벽을 통과하는 입자의 흐름과 장벽에 떨어지는 흐름의 비율과 동일한 장벽의 투명도. pr-va의 닫힌 영역을 낮은 것으로 경계 짓는 3차원 장벽의 경우. 유력한. 에너지(포텐셜 홀), T. e. 는 이 영역에서 단위로 h-tsy 출력의 확률 w를 특징으로 합니다. 시간; w의 값은 냄비 내부의 발진 주파수 h-tsy의 곱과 같습니다. 장벽을 통과할 확률에 구멍을 뚫습니다. 원래 효능이있는 wh-tsy 외부의 "누설"가능성. 음, 해당 p-z가 ћw 정도의 유한한 너비를 획득하고 이들 자체가 준정지 상태가 된다는 사실로 이어집니다.

T. e. 표현의 예. 에. 물리학은 강한 전기에서 원자 역할을 할 수 있습니다. 그리고 강한 el.-mag의 장에서 원자의 이온화. 파도. T. e. 방사성 핵의 알파 붕괴의 기초가 됩니다. T. e 없이. 열핵 반응이 일어나는 것은 불가능할 것입니다: 쿨롱 포텐셜. 합성에 필요한 반응물 핵의 수렴을 방해하는 장벽은 부분적으로는 이러한 핵의 고속(고온)으로 인해, 부분적으로는 TE로 인해 극복됩니다. 특히 T. e. 발현의 예가 많습니다. TV 물리학에서. 몸체: 전계 방출, 두 PP 경계의 접촉층 현상, 조셉슨 효과 등

물리적 백과 사전. - M.: 소비에트 백과사전. . 1983 .

터널 효과

(터널링)-클래식에서 금지하는 동작 영역을 통한 시스템. 역학. 그러한 과정의 전형적인 예는 입자가 통과하는 것입니다. 잠재적 장벽,그녀의 에너지가 장벽의 높이보다 작습니다. 입자 운동량 아르 자형이 경우 관계에서 결정됩니다. 어디 유(엑스)-유력한. 입자 에너지 ( 티 -질량)은 허수량인 장벽 내부 영역에 있을 것입니다. 안에 양자 역학덕분에 불확실성 관계모멘텀과 좌표 하위 장벽 사이가 가능하다는 것이 밝혀졌습니다. 이 영역에서 입자의 파동 함수는 기하급수적으로 감소하고 반고전적 사례(참조 준고전적 근사) 장벽 아래에서 출구 지점의 진폭이 작습니다.

잠재력의 통과에 대한 문제 설명 중 하나입니다. 장벽은 입자의 일정한 흐름이 장벽에 떨어지는 경우에 해당하며 통과된 흐름의 값을 찾아야 합니다. 이러한 문제에 대해 계수가 도입됩니다. 배리어 투명도(터널 전이 계수) 디,과거의 강도와 사건 흐름의 비율과 같습니다. 시간의 가역성으로부터 계수를 따른다. "정방향" 및 역방향 전환에 대한 투명도는 동일합니다. 1차원의 경우 계수 투명성은 다음과 같이 쓸 수 있습니다.


통합은 고전적으로 접근할 수 없는 영역에서 수행되며, 엑스 1,2 - 조건에서 결정되는 전환점 클래식의 한계에 있는 전환점에서. 역학, 입자의 운동량이 사라집니다. 계수. 디 0은 정의를 위해 양자 역학의 정확한 솔루션을 요구합니다. 작업.

반고전주의 조건 하에서


즉시를 제외하고 장벽 전체에 걸쳐 전환점 인근 엑스 1,2 . 계수 디 0은 단일성과 약간 다릅니다. 생물 차이점 디 0 from unity는 예를 들어 potenc가 있는 경우일 수 있습니다. 장벽의 한쪽에서 나오는 에너지는 너무 가파르게 진행되어 반고전적입니다. 해당되지 않거나 에너지가 장벽 높이에 가까울 때(즉, 지수의 표현이 작을 때). 직사각형 장벽 높이의 경우 유대략 그리고 넓게 ㅏ계수 투명도는 f-loy에 의해 결정됩니다.
어디

장벽의 바닥은 제로 에너지에 해당합니다. 세미클래식에서 사례 디화합에 비하면 작다.

박사 입자가 장벽을 통과하는 문제에 대한 설명은 다음과 같습니다. 처음에 입자를 보자. 시간의 순간은 소위에 가까운 상태에 있습니다. 뚫을 수 없는 장벽(예를 들어, 장벽이 잠재적인 구멍방출된 입자의 에너지보다 더 큰 높이까지). 그러한 상태는 준정지. 정지 상태와 유사하게 입자의 파동 함수의 시간 의존성은 이 경우 인자로 주어진다. 여기서 복소량은 에너지로 나타납니다. 이자형, 허수 부분은 T로 인해 단위 시간당 준 정지 상태의 붕괴 확률을 결정합니다. e.:

세미클래식에서 f-loy(3)가 주어진 확률인 근사는 지수를 포함합니다. in-f-le(1)과 같은 유형의 인자. 구형 대칭 냄비의 경우. 장벽은 궤도에서 준정지 상태가 붕괴할 확률입니다. 양자수 엘 f-loy에 의해 결정됨


여기 아르 자형 1,2는 피적분 값이 0인 방사형 전환점입니다. 요인 승 0예를 들어 전위의 고전적으로 허용된 부분에서 동작의 특성에 따라 달라집니다. 그는 비례합니다. 고전 장벽 벽 사이의 입자 진동 빈도.

T. e. 무거운 핵의 붕괴 메커니즘을 이해할 수 있습니다. -입자와 딸핵 사이에 정전기가 작용합니다. f-loy에 의해 결정되는 반발력 크기 정도의 작은 거리에서 ㅏ핵은 eff와 같습니다. 부정적으로 여겨질 수 있습니다. 결과적으로 확률 ㅏ-붕괴는 비율에 의해 주어진다

여기서 는 방출된 α 입자의 에너지입니다.

T. e. 수천만에서 수억 도의 온도에서 태양과 별에서 열핵 반응의 가능성을 결정합니다(참조. 별의 진화), 열핵 폭발 또는 CTS 형태의 지상파 조건에서도 마찬가지입니다.

약한 투과성 장벽으로 분리된 두 개의 동일한 우물로 구성된 대칭 전위에서 T. e. 우물의 상태 간섭으로 이어져 불연속 에너지 준위의 약한 이중 분할(소위 반전 분할, 아래 참조)이 발생합니다. 분자 스펙트럼).공간에서 주기적으로 무한한 구멍 세트의 경우 각 수준이 에너지 영역으로 바뀝니다. 이것이 좁은 전자 에너지를 형성하는 메커니즘입니다. 격자 부위에 전자가 강하게 결합하는 결정의 영역.

반도체 결정에 전기를 가하면 그런 다음 전자의 허용 에너지 영역이 공간에서 기울어집니다. 따라서 포스트 레벨 전자 에너지는 모든 밴드를 교차합니다. 이러한 조건 하에서 하나의 에너지에서 전자의 전이가 가능해집니다. T로 인해 다른 영역으로. e. 이 경우 고전적으로 접근할 수 없는 영역은 금지된 에너지 영역입니다. 이 현상을 제너 테스트. 준고전적 근사치는 전기 강도의 작은 값에 해당합니다. 필드. 이 한계에서 제너 고장 확률은 메인에서 결정됩니다. 지수에서 컷은 큰 음수입니다. 금지된 에너지 폭의 비율에 비례하는 값. 단위 셀 크기와 동일한 거리에서 적용된 필드에서 전자가 얻은 에너지에 대한 밴드.

에서도 비슷한 효과가 나타납니다. 터널 다이오드,반도체로 인해 영역이 기울어지는 영역 아르 자형-그리고 N- 연락처의 경계선 양쪽에 입력하십시오. 터널링은 전하 캐리어가 통과하는 영역에 유한한 비점유 상태가 있기 때문에 수행됩니다.

T.e 덕분에 전기가능. 얇은 유전체로 분리된 두 금속 사이. 분할. 이들은 정상 상태와 초전도 상태 모두에 있을 수 있습니다. 후자의 경우 다음이 있을 수 있습니다. 조셉슨 효과.

T. e. 이러한 현상은 강한 전기에서 발생합니다. 원자의 자동 이온화와 같은 필드(참조 전계 이온화)그리고 전계 방출금속에서. 두 경우 모두 전기 필드는 유한한 투명성의 장벽을 형성합니다. 전기가 강할수록 전계일수록 장벽이 더 투명해지고 금속에서 나오는 전자 전류가 더 강해집니다. 이 원칙을 바탕으로 주사 터널링 현미경 -연구 중인 표면의 여러 지점에서 터널 전류를 측정하고 불균일성 특성에 대한 정보를 제공하는 장치입니다.

T. e. 하나의 입자로 이루어진 양자계에서만 가능한 것이 아니다. 예를 들어, 결정에서 전위의 저온 운동은 많은 입자로 구성된 의 마지막 부분의 터널링과 연관될 수 있습니다. 이러한 문제에서 선형 전위는 초기에 축을 따라 놓인 탄성 끈으로 나타낼 수 있습니다. ~에잠재력의 지역 최소값 중 하나에서 V(엑스, 와이).이 잠재력은 와이,축을 따라 릴리프 엑스로컬 최소값의 시퀀스이며, 각 최소값은 크리스탈에 적용되는 기계적 양에 따라 다른 값보다 낮습니다. 전압. 이 응력의 작용 하에서 전위의 움직임은 특정 값의 이웃 최소값으로 터널링으로 축소됩니다. 탈구 부분을 제거한 다음 나머지 부분을 잡아당깁니다. 동일한 종류의 터널링 메커니즘이 움직임을 담당할 수 있습니다. 전하 밀도 파동 Peierls 유전체에서(참조 피어스 전이).

이러한 다차원 양자계의 터널링 효과를 계산하기 위해서는 준고전적 방법을 사용하는 것이 편리하다. 형태의 파동 함수 표현 어디 에스-고전 시스템. T. e. 필수 허수 부분 에스,이는 고전적으로 접근할 수 없는 영역에서 파동 함수의 감쇠를 결정합니다. 이를 계산하기 위해 복잡한 궤적 방법이 사용됩니다.

잠재력을 극복하는 양자 입자. 장벽, 온도 조절 장치에 연결될 수 있습니다. 고전에서 역학, 이것은 마찰이 있는 운동에 해당합니다. 따라서 터널링을 설명하려면 다음과 같은 이론이 필요합니다. 소산 양자 역학. 이러한 종류의 고려 사항은 조셉슨 접합의 현재 상태의 유한 수명을 설명하는 데 사용되어야 합니다. 이 경우 eff 터널링이 발생합니다. 장벽을 통과하는 양자 입자와 온도 조절 장치의 역할은 전자에 의해 수행됩니다.

문학.: Landau L. D., Lifshits E. M., Kvantovaya, 4th ed., M., 1989; Ziman J., 고체 상태 이론의 원리, trans. English, 2nd ed., M., 1974; Baz A. I., Zeldovich Ya. B., Perelomov A. M., 비상대론적 양자 역학의 산란, 반응 및 붕괴, 2판, M., 1971; 고체의 터널링 현상, 트랜스. 영어에서, M., 1973; Likharev K.K., Josephson 접합 역학 소개, 모스크바, 1985. B. I. Ivlev.

물리적 백과사전. 5권. - M.: 소비에트 백과사전. 편집장 A. M. 프로호로프. 1988 .


다른 사전에서 "TUNNEL EFFECT"가 무엇인지 확인하십시오.

    현대 백과사전

    에너지가 장벽의 높이보다 작은 미립자의 전위 장벽을 통한 통과; 장벽 영역에서 입자의 운동량(및 에너지) 확산으로 명확하게 설명되는 양자 효과(불확정성 원리 참조). 터널의 결과 ...... 큰 백과사전

    터널 효과- 에너지가 장벽의 높이보다 작은 미립자의 잠재적인 장벽을 통과하는 터널 효과(TUNNEL EFFECT); 장벽 영역에서 입자의 운동량(및 에너지) 확산으로 명확하게 설명되는 양자 효과(원리의 불확실성으로 인해) ... 그림이 있는 백과사전

    터널 효과- — [Ya.N. Luginsky, M.S. Fezi Zhilinskaya, Yu.S. Kabirov. 전기 공학 및 전력 산업의 영어 러시아어 사전, 모스크바, 1999] 전기 공학 주제, 기본 개념 EN 터널 효과 ... 기술 번역가 핸드북

    터널 효과- (터널링) 총 에너지가 장벽의 높이보다 낮을 때 잠재적인 미세 입자(참조)를 극복하는 양자 역학 현상. T. e. 조건부 파동 특성미립자 및 열핵 과정에 영향을 미칩니다 ... ... 위대한 폴리테크닉 백과사전

    양자 역학 ... Wikipedia

    에너지가 장벽의 높이보다 작은 미립자의 전위 장벽을 통한 통과; 장벽 영역에서 입자의 운동량(및 에너지) 확산으로 명확하게 설명되는 양자 효과(불확정성 원리 참조). 터널의 결과 ...... 백과 사전

  • 물리학
    • 번역

    상당히 직관적인 답변이 포함된 두 가지 간단한 질문부터 시작하겠습니다. 그릇과 공을 가져 갑시다 (그림 1). 필요한 경우:

    공을 그릇에 넣은 후에도 공은 움직이지 않았습니다.
    그릇을 움직일 때 거의 같은 위치에 유지되었습니다.

    그럼 어디에 넣어야 할까요?

    쌀. 1

    물론 맨 아래 중앙에 넣어야합니다. 왜? 다른 곳에 놓으면 바닥으로 굴러가고, 여기 저기 매달려 있을 것이 직관적으로 알 수 있다. 결과적으로 마찰로 인해 매달린 높이가 줄어들고 속도가 느려집니다.

    원칙적으로 볼 가장자리에서 볼의 균형을 잡을 수 있습니다. 하지만 조금 흔들면 공이 균형을 잃고 떨어집니다. 그래서 이 장소는 내 질문의 두 번째 기준을 충족하지 않습니다.

    공이 정지해 있고 그릇이나 공의 작은 움직임에도 크게 벗어나지 않는 위치를 "공의 안정 위치"라고 하자. 그릇의 바닥은 이렇게 안정된 위치입니다.

    다른 질문. 그림과 같이 그릇이 두 개인 경우. 2, 공의 안정적인 위치는 어디입니까? 이것은 또한 간단합니다. 즉, 각 그릇의 바닥에 두 개의 장소가 있습니다.


    쌀. 2

    마지막으로 직관적인 답변이 있는 또 다른 질문입니다. 내가 그릇 1의 바닥에 공을 놓은 다음 방을 나가서 닫고 아무도 들어오지 않도록 보장하고 이곳에 지진이나 다른 충격이 없는지 확인하면 10년 후의 기회는 얼마나 될까요? , 방을 다시 열면 그릇 2 바닥에서 공을 찾을 수 있습니까? 물론, 제로. 구슬이 그릇 1의 바닥에서 그릇 2의 바닥으로 이동하려면 누군가 또는 무언가가 구슬을 집어 들고 그릇 1의 가장자리를 넘어 그릇 2를 향해 이동해야 합니다. 2번 그릇의 가장자리. 분명히 볼은 1번 그릇의 바닥에 남아 있을 것입니다.

    명백하고 본질적으로 사실입니다. 그러나 우리가 살고 있는 양자 세계에서는 어떤 물체도 진정으로 정지해 있지 않으며 그 정확한 위치도 알 수 없습니다. 따라서 이러한 답변 중 어느 것도 100% 정확하지 않습니다.

    터널링



    쌀. 삼

    전자와 같은 기본 입자를 그릇처럼 작동하는 자기 트랩(그림 3)에 넣으면 중력과 그릇의 벽이 공을 중심으로 밀어내는 것과 같은 방식으로 전자를 중심으로 밀어 넣으려고 합니다. 그림의 그릇. 1, 그러면 전자의 안정한 위치는 어떻게 될까요? 직관적으로 예상할 수 있듯이 전자의 평균 위치는 전자가 트랩의 중앙에 위치하는 경우에만 고정됩니다.

    그러나 양자 역학은 하나의 뉘앙스를 추가합니다. 전자는 가만히 있을 수 없습니다. 그 위치는 "양자 지터"의 영향을 받습니다. 이 때문에 그것의 위치와 움직임은 끊임없이 변화하거나 심지어 어느 정도의 불확실성을 가지고 있습니다(이것이 유명한 "불확실성 원리"가 작동하는 방식입니다). 전자의 중간 위치만 트랩의 중심에 있습니다. 전자를 보면 트랩의 다른 어딘가, 중심 근처에 있을 것입니다. 전자는 이러한 의미에서만 고정되어 있습니다. 전자는 일반적으로 움직이지만 그 움직임은 무작위적이며 갇혀 있기 때문에 평균적으로 아무데도 움직이지 않습니다.

    약간 이상하지만 전자는 여러분이 생각하는 것과는 다르고 여러분이 본 어떤 물체처럼 행동하지 않는다는 사실을 반영할 뿐입니다.

    그건 그렇고, 전자가 그릇 가장자리에 있는 공과 달리 전자가 트랩 가장자리에서 균형을 이룰 수 없도록 합니다(아래 그림 1 참조). 전자의 위치는 정확히 결정되지 않으므로 정확하게 균형을 이룰 수 없습니다. 따라서 트랩을 흔들지 않아도 전자는 균형을 잃고 거의 즉시 떨어집니다.

    하지만 더 이상한 점은 서로 분리된 두 개의 트랩이 있고 그 중 하나에 전자를 넣는 경우입니다. 예, 트랩 중 하나의 중심은 전자의 안정적이고 좋은 위치입니다. 이것은 전자가 거기에 머물 수 있고 트랩을 흔들어도 도망가지 않는다는 의미에서 그렇습니다.

    그러나 트랩 #1에 전자를 배치하고 나가거나 방을 닫는 등의 작업을 수행하면 전자가 트랩 #2에 돌아올 확률이 있습니다(그림 4).


    쌀. 4

    그는 어떻게 했습니까? 전자를 공으로 생각한다면 이것을 이해하지 못할 것입니다. 그러나 전자는 공처럼 보이지 않으며(또는 적어도 공에 대한 직감과 같지 않음) 전자의 양자 지터는 "벽을 통과"할 가능성이 매우 작지만 0이 아닌 가능성을 제공합니다. 옆. 이것을 터널링이라고 합니다. 그러나 전자가 벽에 구멍을 파고 있다고 생각하지 마십시오. 그리고 당신은 그를 벽에서 잡을 수 없습니다. 말하자면 붉은 손입니다. 단지 벽이 전자와 같은 것들에 완전히 뚫릴 수 없는 것은 아닙니다. 전자는 그렇게 쉽게 갇힐 수 없습니다.

    사실, 그것은 훨씬 더 미친 짓입니다. 이것은 전자에 대해 사실이기 때문에 꽃병에 있는 공에 대해서도 사실입니다. 충분히 오래 기다리면 구슬이 꽃병 2에 놓일 수 있습니다. 그러나 그럴 가능성은 극히 적다. 너무 작아서 10억년을 기다려도, 수십억년을 기다려도 부족할 것입니다. 실제적인 관점에서 볼 때 이러한 "절대"는 발생하지 않습니다.

    우리의 세계는 양자이며 모든 물체는 기본 입자로 구성되며 규칙을 따릅니다. 양자 물리학. 양자 지터는 항상 존재합니다. 그러나 기본 입자의 질량에 비해 질량이 큰 대부분의 물체(예: 공 또는 먼지)는 특별히 설계된 실험을 제외하고는 이 양자 지터가 너무 작아 감지할 수 없습니다. 그리고 결과적으로 벽을 뚫는 능력도 일상 생활에서는 관찰되지 않습니다.

    즉, 모든 물체가 벽을 통과할 수 있지만 다음과 같은 경우 일반적으로 가능성이 크게 줄어듭니다.

    물체의 질량이 크다
    벽이 두껍다(두 면 사이의 거리가 큼).
    벽을 극복하기 어렵습니다(벽을 뚫는 데 많은 에너지가 필요함).

    원칙적으로 공은 볼의 가장자리를 넘어설 수 있지만 실제로는 불가능할 수 있습니다. 트랩이 가깝고 깊지 않은 경우 전자가 트랩에서 탈출하기 쉬울 수 있지만 멀리 떨어져 있고 매우 깊으면 매우 어려울 수 있습니다.

    터널링은 어떻습니까?



    쌀. 5

    아니면 이 터널링이 단지 이론일 뿐일까요? 절대적으로하지. 그것은 화학의 기본이며 많은 물질에서 발생하고 생물학에서 역할을 하며 가장 독창적이고 강력한 현미경에 사용되는 원리입니다.

    간결함을 위해 현미경에 초점을 맞추겠습니다. 무화과. 그림 5는 주사 터널링 현미경으로 촬영한 원자 이미지를 보여줍니다. 이러한 현미경에는 끝이 연구 대상 물질에 근접하게 움직이는 좁은 바늘이 있습니다(그림 6 참조). 물론 재료와 바늘은 원자로 구성되어 있습니다. 원자 뒤에는 전자가 있습니다. 대략적으로 말하면 전자는 연구 중인 물질 내부나 현미경 끝에 갇혀 있습니다. 그러나 팁이 표면에 가까울수록 그들 사이에서 전자의 터널 전이 가능성이 높아집니다. 간단한 장치(재료와 바늘 사이에 전위차가 유지됨)는 전자가 표면에서 바늘로 점프하는 것을 선호하며 이 흐름은 다음과 같습니다. 전기측정 가능. 바늘이 표면 위로 이동하고 표면이 팁에서 더 가깝거나 멀어지고 전류가 변경됩니다. 거리가 멀어지면 강해지고 거리가 멀어지면 약해집니다. 현미경은 표면을 스캔하는 동안 전류를 추적(또는 반대로 일정한 전류를 유지하기 위해 바늘을 위아래로 이동)하여 해당 표면의 모양을 유추하고 종종 개별 원자를 식별할 수 있는 충분한 세부 정보가 있습니다.


    쌀. 6

    터널링은 자연에서 다른 많은 역할을 하며 현대 기술.

    깊이가 다른 함정 사이의 터널링

    무화과. 4, 그림의 두 그릇과 마찬가지로 두 트랩의 깊이가 동일하다는 것을 의미했습니다. 2 같은 모양입니다. 이것은 트랩 중 하나에 있는 전자가 동일한 확률로 다른 트랩으로 점프한다는 것을 의미합니다.

    이제 그림에서 하나의 전자 트랩이 있다고 가정합니다. 4는 다른 것보다 더 깊습니다. 마치 그림의 한 그릇과 같습니다. 2는 다른 것보다 깊었습니다(그림 7 참조). 전자는 어떤 방향으로든 터널링할 수 있지만, 얕은 트랩에서 깊은 트랩으로 터널링하는 것이 그 반대의 경우보다 훨씬 쉽습니다. 따라서 전자가 어느 방향으로든 터널링하고 돌아올 수 있는 충분한 시간을 가질 때까지 충분히 오래 기다린 다음 위치를 결정하기 위해 측정을 시작하면 대부분 깊은 함정에서 찾을 수 있습니다. (사실 여기에 약간의 뉘앙스가 있으며 모든 것은 함정의 모양에 따라 다릅니다). 동시에 더 깊은 곳에서 더 얕은 곳으로 터널링하는 일이 극도로 드물기 위해 깊이 차이가 클 필요는 없습니다.

    요컨대 터널링은 일반적으로 양방향으로 발생하지만 얕은 트랩에서 깊은 트랩으로 이동할 확률이 훨씬 더 큽니다.


    쌀. 7

    전자가 한 방향으로만 이동하도록 하기 위해 주사 터널링 현미경에서 사용되는 것이 바로 이 기능입니다. 사실, 현미경 바늘의 끝은 연구 중인 표면보다 더 깊은 트랩이므로 전자는 표면에서 바늘로 터널링하는 것을 선호하며 그 반대는 아닙니다. 그러나 현미경은 반대의 경우에도 작동합니다. 트랩은 바늘과 표면 사이에 전위차를 생성하는 전원을 사용하여 더 깊거나 얕게 만들어지며, 이는 바늘의 전자와 표면의 전자 사이에 에너지 차이를 만듭니다. 전자가 다른 방향보다 한 방향으로 더 자주 터널링되는 것이 매우 쉽기 때문에 이 터널링은 전자 제품에서 실제로 유용합니다.