Политех в Сети

Сайт для Учебы

Туннельный эффект

Рейтинг пользователей: / 1
ХудшийЛучший 

Туннельный эффект – квантовый переход системы через область движения, запрещенную классической механикой. Типичный пример такого процесса – прохождение частицы через потенциальный барьер.

D-коэффициент прозрачности (коэффициент туннельного перехода) D, равный отношению интенсивностей прошедшего и падающего потоков. В одномерном случае

,

Где X1 и X2 – точки поворота, определяемые из условия . Коэффициент требует для своего определения точного решения квантово-механической задачи.

При выполнении условия квазиклассичности (квазиклассическое приближение квантовой механики, когда длина волны де Бройля частиц много меньше характерных размеров изменения потенциала)

Коэффициент слабо отличается от единицы, за исключением окрестностей точек поворота X1, X2. Существенное отличие от единицы может быть в тех случаях, когда кривая потенциальной энергии с одной из сторон барьера идет настолько круто, что квазиклассическое приближение там неприменимо, или когда энергия частицы близка к высоте барьера.

Для прямоугольного барьера высотой и шириной A коэффициент прозрачности определяется формулой

,

Где , .

Туннельный эффект позволяет понять механизм -распада тяжелых ядер. Между -частицей и дочерним ядром действует электростатическое отталкивание, определяемое формулой . На малых расстояниях A порядка размера ядра ядерные силы таковы; что эффективный потенциал можно считать отрицательным: . В результате вероятность -распада дается соотношением

,

Где , , – энергия вылетающей -частицы.

Туннельный эффект обусловливает возможность протекания Термоядерных реакций на Солнце и звездах при К, а также в земных условиях в виде термоядерных взрывов или УТС.

Туннельным эффектам обязаны такие явления, происходящие в сильных электрических полях, как Автоионизация атомов и Автоэлектронная эмиссия из металлов. В обоих случаях электрическое поле образует барьер конечной прозрачности. Чем сильнее электрическое поле, тем прозрачнее барьер, и тем сильнее электронный ток из металла. На этом принципе основан Сканирующий туннельный микроскоп, измеряющий туннельный ток из разных точек исследуемой поверхности и дающий информацию о характере ее поверхности.

Существование процессов туннелирования в твердых телах экспе риментально подтвердило изобретение туннельного диода (диод Эсаки 1957 г.) – полупроводниковый диод, содержащий -переход с очень малой толщиной запирающего слоя. Туннельные диоды находят применение в схемах Усилителей и Генераторов СВЧ-диапазона, в быстродействующих переключающих устройствах, в устройствах памяти с двоичным кодом и т. д.