Какво представлява ефектът на тунела? Квантово тунелиране
Нека разгледаме най-простата потенциална бариера с правоъгълна форма (фиг. 5.4) за едномерна (по оста х) движение на частиците.
За потенциална бариера с правоъгълна височина Uи ширина лможе да се напише:
При дадените условия на задачата, класическа частица, притежаваща енергия д, или ще премине безпрепятствено през бариерата, когато д > U, или ще се отрази от него ( д < U) и ще се движи в обратна посока, т.е. тя не може да премине през бариерата.
За микрочастици, дори и с д < U, има ненулева вероятност частицата да се отрази от бариерата и да се движи в обратна посока. При д > Uима и различна от нула вероятност частицата да попадне в региона х > л, т.е. ще проникне през бариерата. Това заключение следва пряко от решението на уравнението на Шрьодингер, което описва движението на микрочастица при дадените условия на задачата.
Уравнението на Шрьодингер за състоянията на всяка от избраните области има формата:
| , | (5.4.1) |
| . | (5.4.2) |
Общото решение на тези диференциални уравнения е:
 |
(5.4.3) |
В този случай, съгласно (5.4.2), е имагинерно число, където 
Може да се покаже, че А 1 = 1, б 3 = 0, тогава е дадена стойността р, получаваме решение на уравнението на Шрьодингер за три области в следната форма:
 |
(5.4.4) |
В област 2 функцията (5.4.4) вече не съответства на равнинни вълни, разпространяващи се в двете посоки, тъй като показателите не са въображаеми, а реални.
Качествен анализ на функции Ψ 1 ( х), Ψ 2 ( х), Ψ 3 ( х) е показано на фиг. 5.4. От фигурата следва, че вълновата функция също не е нула вътре в бариерата , и в района 3, ако бариерата не е много широка, ще отново изглеждат като вълни на де Бройл със същия импулс , тези. със същата честота , но с по-малка амплитуда .
По този начин, квантовата механика води до фундаментално нов квантов феномен– тунелен ефект ,в резултат на което микрообект може да премине през бариерата.
Коефициент на прозрачност за правоъгълна преграда 
.
За преграда със свободна форма 
.
Преминаването на частица през бариера може да бъде обяснено отношение на несигурност . Несигурност на импулса на сегмента Δ х = лКинетичната енергия, свързана с това разпространение, може да е достатъчна, за да бъде общата енергия по-голяма от потенциалната и частицата да премине през бариерата.
От класическа гледна точка, преминаването на частица през потенциална бариера при д < Uневъзможно, тъй като частицата, намираща се в областта на бариерата, би трябвало да има отрицателна кинетична енергия. Ефектът на тунела е специфичен квантов ефект .
Строгото квантово-механично решение на проблема с хармоничния осцилатор води до друга значителна разлика от класическото разглеждане. Оказва се, че е възможно да се открие частица извън разрешената област ( , ) (фиг. 5.5), т.е. зад точки 0 и л(фиг. 5.1).
Това означава, че частицата може да пристигне там, където общата й енергия е по-малка от потенциалната й енергия. Това е възможно благодарение на ефекта на тунела.
Основите на теорията за преминаване на тунели са положени от трудовете на съветските учени L.I. Манделщам и М.А. Леонтович през 1928 г. Тунелирането през потенциална бариера е в основата на много явления във физиката на твърдото тяло (например явления в контактния слой на границата на два полупроводника), атомна и ядрена физика (например α-разпад, възникване на термоядрени реакции ).
1.7. Концепцията за тунелния ефект.
Тунелният ефект е преминаването на частици през потенциална бариера поради вълновите свойства на частиците.
Нека частица, движеща се отляво надясно, срещне потенциална бариера от височина U 0 и ширина л. Според класическите концепции частицата преминава безпрепятствено през бариера, ако има нейна енергия дпо-голяма от височината на бариерата ( д> U 0 ). Ако енергията на частиците е по-малка от височината на бариерата ( д< U 0 ), тогава частицата се отразява от бариерата и започва да се движи в обратна посока; частицата не може да проникне през бариерата.
Квантовата механика взема предвид вълновите свойства на частиците. За една вълна лявата стена на преградата е границата на две среди, при което вълната се разделя на две вълни - отразена и пречупена.Затова дори и с д> U 0 възможно е (макар и с малка вероятност) частица да се отрази от бариерата и когато д< U 0 има различна от нула вероятност частицата да е от другата страна на потенциалната бариера. В този случай частицата сякаш „минава през тунел“.
Нека решим проблемът с преминаването на частица през потенциална бариераза най-простия случай на едномерна правоъгълна преграда, показан на фиг. 1.6. Формата на бариерата се определя от функцията
. (1.7.1)
Нека напишем уравнението на Шрьодингер за всяка от областите: 1( х<0 ), 2(0< х< л) и 3( х> л):
;
(1.7.2)
; (1.7.3)
. (1.7.4)
Нека обозначим
(1.7.5)
. (1.7.6)
Общите решения на уравнения (1), (2), (3) за всяка от областите имат формата:
Решение на формата 
съответства на вълна, разпространяваща се по посока на оста х, А 
- вълна, разпространяваща се в обратна посока. В район 1 мандат 
описва падане на вълна върху бариера и терминът 
- вълна, отразена от преградата. В област 3 (вдясно от бариерата) има само вълна, разпространяваща се в посока x, така че 
.
Вълновата функция трябва да отговаря на условието за непрекъснатост, следователно решенията (6), (7), (8) на границите на потенциалната бариера трябва да бъдат „зашити“. За да направим това, приравняваме вълновите функции и техните производни при х=0 И х = л:
;
;
;
. (1.7.10)
Използвайки (1.7.7) - (1.7.10), получаваме четириуравнения за определяне петкоефициенти А 1 , А 2 , А 3 ,IN 1 И IN 2 :
А 1 +Б 1 =А 2 +Б 2 ;
А 2 дxp( л) + Б 2 дxp(- л)= А 3 дxp(ikl) ;
и К(А 1 - ВЪВ 1 ) = (А 2 -IN 2 ) ; (1.7.11)
(А 2 дxp( л)-IN 2 дxp(- л) = и КА 3 дxp(ikl) .
За да получим петата връзка, въвеждаме понятията коефициенти на отражение и прозрачност на бариерата.
Коефициент на отражениенека наречем отношението
, (1.7.12)
който определя вероятностотражение на частица от бариера.
Коефициент на прозрачност
(1.7.13)
дава вероятността, че частицата ще минепрез бариерата. Тъй като частицата или ще бъде отразена, или ще премине през бариерата, сумата от тези вероятности е равна на единица. Тогава
Р+ д =1; (1.7.14)
. (1.7.15)
Това е, което е петивръзка, която затваря системата (1.7.11), от която всички петкоефициенти
Най-голям интерес представлява коефициент на прозрачностд. След трансформациите получаваме
,
(7.1.16)
Където д 0 – стойност близка до единица.
От (1.7.16) става ясно, че прозрачността на бариерата силно зависи от нейната ширина л, колко висока е бариерата U 0 надвишава енергията на частиците д, а също и върху масата на частицата м.
СЪС 
от класическа гледна точка, преминаването на частица през потенциална бариера при д<
U 0
противоречи на закона за запазване на енергията. Факт е, че ако една класическа частица се намираше в дадена точка в бариерната област (регион 2 на фиг. 1.7), тогава нейната обща енергия би била по-малка от потенциалната енергия (а кинетичната енергия би била отрицателна!?). От квантова гледна точка няма такова противоречие. Ако една частица се движи към бариера, тогава преди да се сблъска с нея, тя има много специфична енергия. Оставете взаимодействието с бариерата да продължи известно време
T, тогава, съгласно съотношението на несигурност, енергията на частицата вече няма да бъде определена; енергийна несигурност 
. Когато тази несигурност се окаже от порядъка на височината на бариерата, тя престава да бъде непреодолимо препятствие за частицата и частицата ще премине през нея.
Прозрачността на преградата рязко намалява с нейната ширина (виж таблица 1.1.). Следователно частиците могат да преминават само през много тесни потенциални бариери поради тунелния механизъм.
Таблица 1.1
Стойности на коефициента на прозрачност за електрон при ( U 0 – д ) = 5 eV = конст
|
л, nm | |||||
Разгледахме бариера с правоъгълна форма. В случай на потенциална бариера с произволна форма, например, както е показано на фиг. 1.7, коефициентът на прозрачност има формата
. (1.7.17)
Тунелният ефект се проявява в редица физически явления и има важни практически приложения. Нека дадем няколко примера.
1. Полева електронна (студена) емисия на електрони.
IN 
През 1922 г. е открито явлението излъчване на студени електрони от метали под въздействието на силно външно електрическо поле. Графика на потенциалната енергия Uелектрон от координата хпоказано на фиг. При х
<
0 е областта на метала, в която електроните могат да се движат почти свободно. Тук потенциалната енергия може да се счита за постоянна. На границата на метала се появява потенциална стена, която не позволява на електрона да напусне метала; той може да направи това само чрез придобиване на допълнителна енергия, равна на работната функция А.
Извън метала (при х >
0) енергията на свободните електрони не се променя, така че когато x> 0 графиката U(х)
върви хоризонтално. Нека сега създадем силно електрическо поле близо до метала. За да направите това, вземете метална проба във формата на остра игла и я свържете към отрицателния полюс на източника. Ориз. 1.9 Принцип на действие на тунелен микроскоп
ka напрежение, (това ще бъде катод); Наблизо ще поставим друг електрод (анод), към който ще свържем положителния полюс на източника. Ако потенциалната разлика между анода и катода е достатъчно голяма, в близост до катода е възможно да се създаде електрическо поле със сила около 10 8 V/m. Потенциалната бариера на границата метал-вакуум става тясна, електроните изтичат през нея и напускат метала.
Полевата емисия беше използвана за създаване на вакуумни тръби със студени катоди (сега те практически не се използват), сега намери приложение в тунелни микроскопи,изобретен през 1985 г. от J. Binning, G. Rohrer и E. Ruska.
В тунелен микроскоп сонда - тънка игла - се движи по изследваната повърхност. Иглата сканира изследваната повърхност, като е толкова близо до нея, че електрони от електронните обвивки (електронни облаци) на повърхностните атоми, поради вълновите свойства, могат да достигнат до иглата. За да направим това, прилагаме „плюс“ от източника към иглата и „минус“ към изследваната проба. Токът на тунела е пропорционален на коефициента на прозрачност на потенциалната бариера между иглата и повърхността, който според формула (1.7.16) зависи от ширината на бариерата л. При сканиране на повърхността на образец с игла, тунелният ток варира в зависимост от разстоянието л, повтаряйки профила на повърхността. Прецизните движения на иглата на къси разстояния се извършват с помощта на пиезоелектричен ефект; за това иглата е фиксирана върху кварцова плоча, която се разширява или свива, когато към нея се приложи електрическо напрежение. Съвременните технологии позволяват да се произведе толкова тънка игла, че в края й да има само един атом.
И 
изображението се формира на екрана на компютърния дисплей. Разделителната способност на тунелния микроскоп е толкова висока, че ви позволява да „видите“ подреждането на отделните атоми. Фигура 1.10 показва примерно изображение на атомната повърхност на силиций.
2. Алфа радиоактивност ( – разпад). При това явление възниква спонтанна трансформация на радиоактивни ядра, в резултат на което едно ядро (то се нарича майчино ядро) излъчва частица и се превръща в ново (дъщерно) ядро със заряд по-малък от 2 единици. Нека припомним, че частицата (ядрото на атома на хелия) се състои от два протона и два неутрона.
д 
Ако приемем, че α-частицата съществува като единична формация вътре в ядрото, тогава графиката на зависимостта на нейната потенциална енергия от координатата в полето на радиоактивното ядро има формата, показана на фиг. 1.11. Определя се от енергията на силното (ядрено) взаимодействие, причинено от привличането на нуклоните един към друг, и енергията на кулоновото взаимодействие (електростатично отблъскване на протони).
В резултат на това е частица в ядрото с енергия д се намира зад потенциалната бариера. Поради своите вълнови свойства, има известна вероятност частицата да се окаже извън ядрото.
3. Тунелен ефект встр- н- преходизползвани в два класа полупроводникови устройства: тунелИ обърнати диоди. Характеристика на тунелните диоди е наличието на падаща секция на директния клон на характеристиката ток-напрежение - секция с отрицателно диференциално съпротивление. Най-интересното при обратните диоди е, че при обратно въртене съпротивлението е по-малко, отколкото при обратно въртене. За повече информация относно тунелни и обратни диоди вижте раздел 5.6.
> Квантово тунелиране
Разгледайте квантов тунелен ефект. Разберете при какви условия възниква ефектът на тунелното зрение, формулата на Шрьодингер, теория на вероятностите, атомни орбитали.
Ако даден обект няма достатъчно енергия, за да пробие бариерата, тогава той може да тунелира през въображаемо пространство от другата страна.
Учебна цел
- Идентифицирайте факторите, влияещи върху вероятността от тунелиране.
Главни точки
- Квантовото тунелиране се използва за всякакви обекти пред бариерата. Но за макроскопични цели вероятността за възникване е малка.
- Ефектът на тунела възниква от формулата на въображаемия компонент на Шрьодингер. Тъй като присъства във вълновата функция на всеки обект, той може да съществува във въображаемото пространство.
- Тунелирането намалява с увеличаване на телесната маса и разликата между енергиите на обекта и бариерата се увеличава.
Срок
- Тунелирането е квантовото механично преминаване на частица през енергийна бариера.
Как възниква ефектът на тунела? Представете си, че хвърляте топка, но тя изчезва моментално, без изобщо да докосва стената, и се появява от другата страна. Стената тук ще остане непокътната. Изненадващо, има ограничена вероятност това събитие да се осъществи. Феноменът се нарича квантов тунелен ефект.
На макроскопично ниво възможността за тунелиране остава незначителна, но се наблюдава постоянно в наномащаба. Нека разгледаме атом с р-орбитала. Между двата лоба има възлова равнина. Има възможност електрон да бъде намерен във всяка точка. Електроните обаче се преместват от един дял в друг чрез квантово тунелиране. Те просто не могат да бъдат в зоната на центъра и пътуват през въображаемо пространство.
Червените и сините лобове показват обеми, при които има 90% вероятност за намиране на електрон във всеки интервал от време, ако орбиталната зона е заета
Времевото пространство не изглежда реално, но активно участва във формулата на Шрьодингер:
Цялата материя има вълнов компонент и може да съществува във въображаемото пространство. Комбинацията от масата, енергията и енергийната височина на обекта ще помогне да се разбере разликата във вероятността за тунелиране.
Когато обектът се приближи до бариерата, вълновата функция се променя от синусоидална към експоненциално свиваща се. Формула на Шрьодингер:
Вероятността за тунелиране става по-малка, тъй като масата на обекта се увеличава и разликата между енергиите се увеличава. Вълновата функция никога не се доближава до 0, поради което тунелирането е толкова често срещано в наномащаби.
ТУНЕЛЕН ЕФЕКТ(тунелиране) - квантов преход на система през област на движение, забранена от класическия механика. Типичен пример за такъв процес е преминаването на частица през потенциална бариеракогато нейната енергия
по-малко от височината на преградата. Импулс на частиците Рв този случай се определя от отношението 
Където U(x)- потенциал енергия на частиците ( T- маса), ще бъде в областта вътре в бариерата, въображаема величина. IN квантова механикаблагодарение на връзка на несигурностМежду импулса и координатата става възможно подбариерно движение. Вълновата функция на частица в тази област затихва експоненциално, а в квазикласическия случай (вж Полукласическо приближение) амплитудата му в точката на излизане от под бариерата е малка.
Една от формулировките на проблеми за преминаването на потенциала. бариера съответства на случая, когато стационарен поток от частици пада върху бариерата и е необходимо да се намери стойността на предавания поток. За такива проблеми се въвежда коеф. прозрачност на бариерата (коефициент на преход на тунела) д, равно на съотношението на интензитетите на предавания и падащия поток. От обратимостта на времето следва, че коеф. Прозрачните фолиа за преходи в посока "напред" и назад са еднакви. В едномерния случай коеф. прозрачността може да бъде написана като
интеграцията се извършва върху класически недостъпен регион, х 1,2 - повратни точки, определени от условието При повратни точки в класическата граница. механика, импулсът на частицата става нула. Коеф. д 0 изисква за своята дефиниция точно решение на квантовата механика. задачи.
Ако условието за квазикласичност е изпълнено
по цялата дължина на преградата, с изключение на непосредствената квартали на повратни точки х 1,2 коефициент д 0 е малко по-различен от единица. Същества разлика д 0 от единица може да бъде, например, в случаите, когато потенциалната крива. енергията от едната страна на бариерата върви толкова стръмно, че квазикласическата приближението не е приложимо там или когато енергията е близо до височината на бариерата (т.е. експонентният израз е малък). За правоъгълна височина на бариерата U o и ширина Акоефициент прозрачността се определя от файла
Където 
Основата на бариерата съответства на нулева енергия. В квазикласиката случай дмалък в сравнение с единството.
д-р Формулировката на проблема за преминаването на частица през бариера е следната. Нека частицата в началото момент във времето е в състояние близко до т.нар. стационарно състояние, което би се случило с непроницаема бариера (например с бариера, повдигната далеч от потенциален кладенецна височина, по-голяма от енергията на излъчената частица). Това състояние се нарича квазистационарен. Подобно на стационарните състояния, зависимостта на вълновата функция на частица от времето в този случай се дава от фактора 
Комплексното количество се появява тук като енергия д, имагинерната част определя вероятността от разпадане на квазистационарно състояние за единица време поради T. e.:
В квазикласиката При приближаване вероятността, дадена от f-loy (3), съдържа експоненциал. фактор от същия тип като in-f-le (1). В случай на сферично симетричен потенциал. бариера е вероятността от разпадане на квазистационарно състояние от орбити. лопределя се от ф-лой
Тук r 1,2 са радиални въртящи се точки, в които интегрантът е равен на нула. Фактор w 0зависи от характера на движението в класически разрешената част от потенциала, напр. той е пропорционален. класически честота на частицата между преградните стени.
Т. е. ни позволява да разберем механизма на a-разпадане на тежки ядра. Между частицата и дъщерното ядро съществува електростатична сила. отблъскване, определено от f-loy На малки разстояния от порядъка на размера Аядрата са такива, че еф. потенциал може да се счита за отрицателен: 
В резултат на това вероятността А-decay се дава от отношението
Ето енергията на излъчената а-частица.
Т. е. определя възможността за протичане на термоядрени реакции в Слънцето и звездите при температури от десетки и стотици милиони градуси (вж. Еволюция на звездите), както и в земни условия под формата на термоядрени експлозии или CTS.
В симетричен потенциал, състоящ се от две идентични ямки, разделени от слабо пропусклива бариера, т.е. води до състояния в ямки, което води до слабо двойно разделяне на дискретни енергийни нива (т.нар. инверсионно разделяне; вж. Молекулярни спектри). За безкрайно периодичен набор от дупки в пространството всяко ниво се превръща в зона от енергии. Това е механизмът за образуване на тесни електронни енергии. зони в кристалите със силно свързване на електрони към местата на решетката.
Ако се приложи електрически ток към полупроводников кристал. поле, тогава зоните на разрешените електронни енергии стават наклонени в пространството. По този начин нивото на пост електронната енергия преминава през всички зони. При тези условия става възможен преходът на електрон от едно енергийно ниво. зони към друга поради T. e. Класически недостъпната зона е зоната на забранените енергии. Това явление се нарича. Разбивка на Zener. Квазикласически приближението съответства тук на малка стойност на електрическия интензитет. полета. В тази граница вероятността от повреда на Zener се определя основно. експоненциален, в индикатора за изрязване има голям минус. стойност, пропорционална на отношението на ширината на забранената енергия. зона към енергията, придобита от електрон в приложено поле на разстояние, равно на размера на елементарната клетка.
Подобен ефект се проявява при тунелни диоди, в които зоните са наклонени поради полупроводници Р- И н- тип от двете страни на границата на техния контакт. Тунелирането възниква поради факта, че в зоната, в която преминава носителят, има крайна плътност на незаети състояния.
Благодарение на T. e. електрически възможно ток между два метала, разделени от тънък диелектрик. преграда. Тези метали могат да бъдат както в нормално, така и в свръхпроводящо състояние. В последния случай може да има Ефект на Джоузефсън.
Т. е. Такива явления, възникващи при силни електрически токове, се дължат. полета, като автойонизация на атоми (вж Полева йонизация)И авто-електронни емисииот метали. И в двата случая електрически полето образува бариера с ограничена прозрачност. Колкото по-силен е електрическият поле, толкова по-прозрачна е бариерата и толкова по-силен е електронният ток от метала. Въз основа на този принцип сканиращ тунелен микроскоп- устройство, което измерва тунелния ток от различни точки на изследваната повърхност и предоставя информация за естеството на неговата хетерогенност.
Т. е. е възможно не само в квантовите системи, състоящи се от една частица. Така, например, нискотемпературното движение в кристалите може да бъде свързано с тунелиране на крайната част на дислокация, състояща се от много частици. В задачи от този вид линейна дислокация може да бъде представена като еластична струна, първоначално разположена по оста прив един от локалните минимуми на потенциала V(x, y). Този потенциал не зависи от при, а релефът му по оста хе последователност от локални минимуми, всеки от които е по-нисък от другия с количество, което зависи от механичната сила, приложена към кристала. . Движението на дислокация под въздействието на това напрежение се свежда до тунелиране в съседен определен минимум. сегмент на луксация с последващо издърпване на останалата му част там. Същият вид тунелен механизъм може да е отговорен за движението вълни на плътност на зарядав Peierls (вж Преход на Peierls).
За да се изчислят ефектите на тунелиране на такива многомерни квантови системи, е удобно да се използват полукласически методи. представяне на вълновата функция във формата 
Където С- класически системно действие. За T. e. имагинерната част е значителна С, което определя затихването на вълновата функция в класически недостъпна област. За изчисляването му се използва методът на сложните траектории.
Потенциал за преодоляване на квантовите частици. бариерата може да бъде свързана към термостата. В класически Механично това съответства на движение с триене. По този начин, за да се опише тунелирането е необходимо да се използва теория, наречена разсейващ. Съображения от този вид трябва да се използват за обяснение на крайния живот на текущите състояния на контактите на Джоузефсън. В този случай се получава тунелиране. квантова частица през бариерата, а ролята на термостат играят нормалните електрони.
Лит.:Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М., Квантова механика, 4-то издание, М., 1989; Ziman J., Принципи на теорията на твърдото състояние, прев. от английски, 2-ро изд., М., 1974; Баз А. И., Зелдович Я. Б., Переломов А. М., Разсейване, реакции и разпадане в нерелативистката квантова механика, 2-ро изд., М., 1971; Тунелни явления в твърди тела, прев. от английски, М., 1973; Лихарев К.К., Въведение в динамиката на джозефсоновите преходи, М., 1985 г. Б. И. Ивлев.
ТУНЕЛЕН ЕФЕКТ
ТУНЕЛЕН ЕФЕКТ
(тунелиране), преодоляването на потенциална бариера от микрочастица в случай, че нейната обща (оставаща предимно непроменена при T.E.) е по-малка от височината на бариерата. Тоест, явлението по същество е квантово. природа, невъзможна в класическата. механика; аналог на T. e. на вълни оптиката може да се обслужва чрез проникване на светлина в отразяващата среда (на разстояния от порядъка на дължината на светлинната вълна) при условия, при които от гледна точка на геом. оптика се случва. Т. е. лежи в основата мн важни процеси в при. и те казват физика, по физика при. ядра, тв тела и др.
Т. е. интерпретирани въз основа на (вж. КВАНТОВА МЕХАНИКА). Класически ч-ца не може да бъде вътре в потенциала. височина на бариерата V, ако нейната енергия? импулс p - въображаема величина (m - h-tsy). Въпреки това, за една микрочастица това заключение е несправедливо: поради връзката на неопределеността, частицата е фиксирана в пространството. зоната вътре в бариерата прави нейната инерция несигурна. Следователно има ненулева вероятност за откриване на микрочастица вътре в частица, която е забранена от класическа гледна точка. зона на механика. Съответно се появява определение. вероятност за преминаване през потенциала. бариера, която съответства на T. e. Тази вероятност е по-голяма, колкото по-малка е масата на веществото, толкова по-тесен е потенциалът. бариера и колкото по-малко енергия липсва за достигане на височината на бариерата (толкова по-малка е разликата V-?). Вероятност за преминаване през бариера - гл. фактор, определящ физическото характеристики T. e. В случай на едномерен потенциал. такава характеристика на преградата е коеф. прозрачност на бариерата, равна на съотношението на потока от частици, преминаващи през нея, към потока, падащ върху бариерата. В случай на триизмерна бариера, ограничаваща затворена зона на производство от по-ниско. потенциал енергия (потенциален кладенец), т.е. характеризира се с вероятността w индивид да напусне тази област в единици. време; стойността на w е равна на произведението на честотата на трептенията вътре в потенциала. ями върху вероятността за преминаване през бариерата. Възможността за „изтичане“ от чая, който първоначално е бил в потенциала. добре, води до факта, че съответните частици придобиват крайна ширина от порядъка на ћw, а самите те стават квазистационарни.
Пример за проявата на T. e. в при. физиката може да обслужва атомите в силно електрическо. и йонизация на атом в силно електромагнитно поле. вълни. Т. е. е в основата на алфа разпада на радиоактивните ядра. Без T.e. би било невъзможно протичането на термоядрени реакции: Кулонов потенциал. бариерата, която предотвратява сближаването на реагентните ядра, необходими за синтеза, се преодолява отчасти поради високата скорост (висока температура) на такива ядра и отчасти поради топлинната енергия. Има многобройни примери за проява на T. e. в телевизията по физика. тела: полева емисия, явления в контактния слой на границата на две ПП, ефект на Джоузефсон и др.
Физически енциклопедичен речник. - М.: Съветска енциклопедия. . 1983 .
ТУНЕЛЕН ЕФЕКТ
(тунелиране) - системи през зона за движение, забранена от класическите механика. Типичен пример за такъв процес е преминаването на частица през потенциална бариеракогато нейната енергия
по-малко от височината на преградата. Импулс на частиците Рв този случай се определя от отношението 
Където U(x)-потенциал енергия на частиците ( T -маса), ще бъде в областта вътре в бариерата, въображаема величина. IN квантова механикаблагодарение на връзка на несигурностмежду импулса и координатата подбариерата се оказва възможна. Вълновата функция на частица в тази област затихва експоненциално, а в квазикласическия случай (вж Полукласическо приближение) амплитудата му в точката на излизане от под бариерата е малка.
Една от формулировките на проблеми за преминаването на потенциала. бариера съответства на случая, когато стационарен поток от частици пада върху бариерата и е необходимо да се намери стойността на предавания поток. За такива проблеми се въвежда коеф. прозрачност на бариерата (коефициент на преход на тунела) Д,равно на съотношението на интензитетите на предавания и падащия поток. От обратимостта на времето следва, че коеф. Прозрачните фолиа за преходи в посока "напред" и назад са еднакви. В едномерния случай коеф. прозрачността може да бъде написана като
интеграцията се извършва върху класически недостъпен регион, х 1,2 - повратни точки, определени от условието При повратни точки в класическата граница. механика, импулсът на частицата става нула. Коеф. д 0 изисква за своята дефиниция точно решение на квантовата механика. задачи.
Ако условието за квазикласичност е изпълнено
по цялата дължина на преградата, с изключение на непосредствената квартали на повратни точки х 1,2 .
коефициент д 0 е малко по-различен от единица. Същества разлика д 0 от единица може да бъде, например, в случаите, когато потенциалната крива. енергията от едната страна на бариерата върви толкова стръмно, че квазикласическата не е приложимо там или когато енергията е близо до височината на бариерата (т.е. експонентният израз е малък). За правоъгълна височина на бариерата U o и ширина Акоефициент прозрачността се определя от файла
Където 
Основата на бариерата съответства на нулева енергия. В квазикласиката случай дмалък в сравнение с единството.
д-р Формулировката на проблема за преминаването на частица през бариера е следната. Нека частицата в началото момент във времето е в състояние близко до т.нар. стационарно състояние, което би се случило с непроницаема бариера (например с бариера, повдигната далеч от потенциален кладенецна височина, по-голяма от енергията на излъчената частица). Това състояние се нарича квазистационарен. Подобно на стационарните състояния, зависимостта на вълновата функция на частица от времето в този случай се дава от фактора 
Комплексното количество се появява тук като енергия д, имагинерната част определя вероятността от разпадане на квазистационарно състояние за единица време поради T. e.:
В квазикласиката При приближаване вероятността, дадена от f-loy (3), съдържа експоненциал. фактор от същия тип като in-f-le (1). В случай на сферично симетричен потенциал. бариера е вероятността от разпадане на квазистационарно състояние от орбити. квантово число лопределя се от ф-лой
Тук r 1,2 са радиални въртящи се точки, в които интегрантът е равен на нула. Фактор w 0зависи от характера на движението в класически разрешената част от потенциала, напр. той е пропорционален. класически честота на трептенията на частиците между стените на преградата.
Т. е. ни позволява да разберем механизма на a-разпадане на тежки ядра. Между -частицата и дъщерното ядро съществува електростатична сила. отблъскване, определено от f-loy На малки разстояния от порядъка на размера Аядрата са такива, че еф. могат да се считат за отрицателни: 
В резултат на това вероятността А-decay се дава от отношението
Ето енергията на излъчената а-частица.
Т. е. определя възможността за протичане на термоядрени реакции в Слънцето и звездите при температури от десетки и стотици милиони градуси (вж. еволюция на звездите),а също и в земни условия под формата на термоядрени експлозии или CTS.
В симетричен потенциал, състоящ се от две идентични ямки, разделени от слабо пропусклива бариера, т.е. води до интерференция на състояния в ямки, което води до слабо двойно разделяне на дискретни енергийни нива (т.нар. инверсионно разделяне; вж. Молекулярни спектри).За безкрайно периодичен набор от дупки в пространството всяко ниво се превръща в зона от енергии. Това е механизмът за образуване на тесни електронни енергии. зони в кристалите със силно свързване на електрони към местата на решетката.
Ако се приложи електрически ток към полупроводников кристал. поле, тогава зоните на разрешените електронни енергии стават наклонени в пространството. По този начин нивото на пост електронната енергия преминава през всички зони. При тези условия става възможен преходът на електрон от едно енергийно ниво. зони към друга поради T. e. Класически недостъпната зона е зоната на забранените енергии. Това явление се нарича. Разбивка на Zener. Квазикласически приближението съответства тук на малка стойност на електрическия интензитет. полета. В тази граница вероятността от повреда на Zener се определя основно. експоненциален, в индикатора за изрязване има голям минус. стойност, пропорционална на отношението на ширината на забранената енергия. зона към енергията, придобита от електрон в приложено поле на разстояние, равно на размера на елементарната клетка.
Подобен ефект се проявява при тунелни диоди,в които зоните са наклонени поради полупроводници Р-И н- тип от двете страни на границата на техния контакт. Тунелирането възниква поради факта, че в зоната, където преминава носителят на заряд, има ограничено количество незаети състояния.
Благодарение на T. e. електрически възможно между два метала, разделени от тънък диелектрик. преграда. Те могат да бъдат както в нормално, така и в свръхпроводящо състояние. В последния случай може да има Ефект на Джоузефсън.
Т. е. Такива явления, възникващи при силни електрически токове, се дължат. полета, като автойонизация на атоми (вж Полева йонизация)И авто-електронни емисииот метали. И в двата случая електрически полето образува бариера с ограничена прозрачност. Колкото по-силен е електрическият поле, толкова по-прозрачна е бариерата и толкова по-силен е електронният ток от метала. Въз основа на този принцип сканиращ тунелен микроскоп -устройство, което измерва тунелен ток от различни точки на изследваната повърхност и предоставя информация за естеството на неговата хетерогенност.
Т. е. е възможно не само в квантовите системи, състоящи се от една частица. Така например нискотемпературното движение на дислокации в кристалите може да бъде свързано с тунелиране на крайната част, състояща се от много частици. В задачи от този вид линейна дислокация може да бъде представена като еластична струна, първоначално разположена по оста прив един от локалните минимуми на потенциала V(x, y).Този потенциал не зависи от y,и релефа му по оста хе последователност от локални минимуми, всеки от които е по-нисък от другия с количество, което зависи от механичната сила, приложена към кристала. волтаж. Движението на дислокация под въздействието на това напрежение се свежда до тунелиране в съседен определен минимум. сегмент на луксация с последващо издърпване на останалата му част там. Същият вид тунелен механизъм може да е отговорен за движението вълни на плътност на зарядав диелектрика на Peierls (вж преход на Peierls).
За да се изчислят ефектите на тунелиране на такива многомерни квантови системи, е удобно да се използват полукласически методи. представяне на вълновата функция във формата 
Където С-класически системи. За T. e. имагинерната част е значителна С,определяне на затихването на вълновата функция в класически недостъпна област. За изчисляването му се използва методът на сложните траектории.
Потенциал за преодоляване на квантовите частици. бариерата може да бъде свързана към термостата. В класически Механично това съответства на движение с триене. По този начин, за да се опише тунелирането е необходимо да се използва теория, наречена дисипативна квантова механика. Съображения от този вид трябва да се използват за обяснение на крайния живот на текущите състояния на контактите на Джоузефсън. В този случай се получава тунелиране. квантова частица през бариерата, а ролята на термостат играят електроните.
Лит.:Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М., Quantum, 4-то издание, М., 1989; Ziman J., Принципи на теорията на твърдото състояние, прев. от английски, 2-ро изд., М., 1974; Баз А. И., Зелдович Я. Б., Переломов А. М., Разсейване, реакции и разпадане в нерелативистката квантова механика, 2-ро изд., М., 1971; Тунелни явления в твърди тела, прев. от английски, М., 1973; Лихарев К.К., Въведение в динамиката на джозефсоновите преходи, М., 1985 г. Б. И. Ивлев.
Физическа енциклопедия. В 5 тома. - М.: Съветска енциклопедия. Главен редактор А. М. Прохоров. 1988 .
Вижте какво е "ТУНЕЛЕН ЕФЕКТ" в други речници:
Съвременна енциклопедия
Преминаване на микрочастица, чиято енергия е по-малка от височината на бариерата през потенциална бариера; квантов ефект, ясно обяснен с разпространението на импулсите (и енергиите) на частицата в бариерната област (виж Принцип на неопределеността). В резултат на тунела... ... Голям енциклопедичен речник
Тунелен ефект- ТУНЕЛЕН ЕФЕКТ, преминаването през потенциална бариера на микрочастица, чиято енергия е по-малка от височината на бариерата; квантов ефект, ясно обяснен от разсейването на импулсите (и енергиите) на частицата в бариерната област (поради несигурността на принципа) ... Илюстрован енциклопедичен речник
тунелен ефект- - [Я.Н.Лугински, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Английско-руски речник по електротехника и енергетика, Москва, 1999] Теми на електротехниката, основни понятия EN тунелен ефект ... Ръководство за технически преводач
ТУНЕЛЕН ЕФЕКТ- (тунелиране) квантово механично явление, което се състои в преодоляване на потенциален потенциал (виж) от микрочастица, когато общата му енергия е по-малка от височината на бариерата. Т. е. се причинява от вълновите свойства на микрочастиците и влияе на потока от термоядрени... ... Голяма политехническа енциклопедия
Квантова механика ... Уикипедия
Преминаване на микрочастица, чиято енергия е по-малка от височината на бариерата през потенциална бариера; квантов ефект, ясно обяснен с разпространението на импулсите (и енергиите) на частицата в бариерната област (виж Принцип на неопределеността). В резултат на тунела... ... енциклопедичен речник