Тунэльны эфект

Тунэ́льны эфе́кт — квантава-механічная з’ява праходжання электронаў і іншых элементарных часціц праз , вышыня якога большая за поўную энергію часціц.

Квантавая механіка

${\displaystyle \Delta x\cdot \Delta p_{x}\geqslant {\frac {\hbar }{2}}}$

Прынцып нявызначанасці Гейзенберга

Аснова Класічная механіка · Інтэрферэнцыя · Бра і кет · · Фундаментальныя паняцці · · Хвалевая функцыя · · · · · Нявызначанасць · Прынцып Паўлі · Дуалізм · · Тэарэма Эрэнфеста · Тунэльны эфект Эксперыменты · · · Вопыт Юнга · · Фотаэфект · Эфект Комптана Фармулёўкі · · · Матрычная квантавая механіка · · Дыяграмы Фейнмана Ураўненні Ураўненне Шродзінгера · Ураўненне Паўлі · · Ураўненне Дзірака · · · · Капенгагенская інтэрпрэтацыя · · Развіццё тэорыі Квантавая тэорыя поля · Квантавая электрадынаміка · Квантавая хромадынаміка · Квантавая гравітацыя Складаныя тэмы Квантавая тэорыя поля · Квантавая гравітацыя · Тэорыя ўсяго Вядомыя вучоныя Планк · Эйнштэйн · Шродзінгер · Гейзенберг · · Бор · Паўлі · Дзірак · Фок · Борн · дэ Бройль · Ландау · Фейнман · ·

глядзець правіць

З’ява абумоўлена хвалевымі ўласцівасцямі часціц і ляжыць у аснове аўтаэлектроннай эмісіі, эфекта Джозефсана і інш. Таксама тунэльны эфект ўплывае на працэсы тэрмаядзерных рэакцый.

Гісторыя і даследчыкі

Адкрыццю тунэльнага эфекту папярэднічала адкрыццё А. Бекерэлем у 1896 годзе радыеактыўнага распаду, вывучэнне якога працягнулі Марыя і П’ер Кюры, якія ў 1903 годзе атрымалі за свае даследаванні Нобелеўскую прэмію. На аснове іх даследаванняў у наступнае дзесяцігоддзе была сфармулявана тэорыя радыеактыўнага распаду, неўзабаве пацверджаная эксперыментальна.

У той жа час, у 1901 годзе, малады вучоны Роберт Фрэнсіс Эрхарт (Robert Francis Earhart), які даследаваў з дапамогай ^[ru] паводзіны газаў паміж электродамі ў розных рэжымах, нечакана атрымаў невытлумачальныя даныя. Азнаёміўшыся з вынікамі эксперыментаў, вядомы вучоны Д. Томсан выказаў здагадку, што тут дзейнічае яшчэ не апісаны закон і заклікаў навукоўцаў да далейшых даследаванняў. У 1911 і 1914 гадах адзін з яго аспірантаў, Франц Розер (Franz Rother), паўтарыў вопыт Эрхарта, выкарыстоўваючы для вымярэнняў замест інтэрфераметрыі больш адчувальны гальванометр, і яўна зафіксаваў узніклае паміж электродамі «невытлумачальнае» . У 1926 усё той жа Разер выкарыстаў у вопыце найноўшы гальванометр з адчувальнасцю 26 pA і зафіксаваў «стацыянарнае поле электроннай эмісіі», якое ўзнікае паміж блізка размешчанымі электродамі нават у глыбокім вакууме.

У 1927 годзе нямецкі фізік Фрыдрых Хунд стаў першым, хто матэматычна выявіў «тунэльны эфект» пры разліках спакою ^[en]. У 1928 годзе незалежна адзін ад аднаго формулы тунэльнага эфекту прымянілі ў сваіх працах рускі навуковец ^[ru] і амерыканскія навукоўцы ^[en] і Эдвард Кондан пры распрацоўцы тэорыі альфа-распаду. Абодва даследаванні адначасова рашалі ўраўненне Шродзінгера для мадэлі ядзернага патэнцыялу і матэматычна абгрунтоўвалі сувязь паміж радыеактыўным паўраспадам часціц і іх радыеактыўным выпраменьваннем імавернасцю тунэлявання.

Наведаўшы семінар Гамава, нямецкі навуковец Макс Борн паспяхова развіў яго тэорыю, выказаўшы здагадку, што «эфект тунэлявання» не абмяжоўваецца сферай ядзернай фізікі, а мае значна больш шырокае дзеянне, бо ўзнікае па законах квантавай механікі і, такім чынам, выкарыстоўваецца і ў дачыненні для апісання з’яў у многіх іншых сістэмах. Пры аўтаномнай эмісіі з металу ў вакуум, да прыкладу, па ^[ru], сфармуляванаму ў тым жа 1928 годзе.

У 1957 годзе вывучэнне паўправаднікоў, развіццё транзістарных і дыёдных тэхналогій прывялі да адкрыцця тунэлявання электронаў у механічных часціцах. У 1973 годзе амерыканец Дэвід Джозефсан атрымаў Нобелеўскую прэмію па фізіцы «За тэарэтычнае прадказанне ўласцівасцей току звышправоднасці, які праходзіць праз тунэльны бар’ер», разам з ім прэміі ўдастоіліся японец Лео Эсакі і нарвежац Івар Гіевер «За эксперыментальныя адкрыцці „тунэльных з’яў“ у паўправадніках і звышправадніках адпаведна». У 2016 годзе было адкрыта і «^[en]».

Гл. таксама

• Карпускулярна-хвалевы дуалізм
• і
• Эфект Джозефсана
• Альфа-распад

Зноскі

1. Nimtz; Haibel (2008). Zero Time Space. Wiley-VCH. p. 1.
2. Thomas Cuff. The STM (Scanning Tunneling Microscope) [The forgotten contribution of Robert Francis Earhart to the discovery of quantum tunneling.] (нявызн.). ResearchGate.
3. Hund F. Zur Deutung der Molekelspektren III, Zeitschrift für Physik, Band 43, 1927, S. 805—826.
4. Гамов Г. Очерк развития учения о строении атомного ядра (I. Теория радиоактивного распада) // 1930. В. 4.
5. Gurney, R. W.; Condon, E. U. (1928). "Quantum Mechanics and Radioactive Disintegration". Nature. 122 (3073): 439. :1928Natur.122..439G. :10.1038/122439a0. ISSN 0028-0836.
6. Gurney, R. W.; Condon, E. U. (1929). "Quantum Mechanics and Radioactive Disintegration". Phys. Rev. 33 (2): 127–140. :1929PhRv...33..127G. :10.1103/PhysRev.33.127.
7. (27 October 1966). "Hans Bethe - Session I". Niels Bohr Library & Archives, American Institute of Physics, College Park, MD USA (Interview). Інтэрв’ю з Charles Weiner; . Cornell University. Праверана 1 May 2016.
8. Friedlander, Gerhart; Kennedy, Joseph E.; Miller, Julian Malcolm (1964). Nuclear and Radiochemistry (2nd ed.). New York: John Wiley & Sons. pp. 225–7. ISBN 978-0-471-86255-0.
9. Razavy, Mohsen (2003). Quantum Theory of Tunneling. World Scientific. pp. 4, 462. ISBN 9812564888.
10. Quantum Tunneling of Water in Beryl: A New State of the Water Molecule (нявызн.). Physical Review Letters (22 красавіка 2016). doi:10.1103/PhysRevLett.116.167802. Праверана 23 April 2016.

Літаратура

• Тунэльны эфект // Беларуская энцыклапедыя: У 18 т. Т. 16: Трыпалі — Хвіліна / Рэдкал.: Г. П. Пашкоў і інш. — Мн. : БелЭн, 2003. — Т. 16. — С. 31. — 10 000 экз. — ISBN 985-11-0035-8. — ISBN 985-11-0263-6 (т. 16).
• Туннельный эффект — артыкул з

Спасылкі

• Артыкул на сайце ХиМиК.ру (руск.)
• Туннельный эффект (руск.) // Сайт Маскоўскага дзяржаўнага ўніверсітэта імя М. В. Ламаносава
• На Вікісховішчы ёсць медыяфайлы па тэме Тунэльны эфект