Большая Советская Энциклопедия (цитаты)

Туннельный эффект

Туннельный эффект (далее Т) туннелирование, преодоление микрочастицей потенциального барьера в случае, когда ее полная энергия (остающаяся при Т неизменной) меньше высоты барьера. Т — явление существенно квантовой природы, невозможное в классической механике; аналогом Т в волновой оптике может служить проникновение световой волны внутрь отражающей среды (на расстояния порядка длины световой волны) в условиях, когда, с точки зрения геометрической оптики, происходит полное внутреннее отражение. Явление Т лежит в основе многих важных процессов в и молекулярной физике, в физике ядра, твердого тела и т.д.

  Т объясняется в конечном счете неопределенностей соотношением (см. также Квантовая механика, Корпускулярно-волновой дуализм). Классическая частица не может находиться внутри потенциального барьера высоты , если ее энергия Е < , так как кинетическая энергия частицы р2/2m = Е становится при этом отрицательной, а ее импульс р — мнимой величиной (m — масса частицы). Однако для микрочастицы этот вывод несправедлив: вследствие соотношения неопределенностей фиксация частицы в пространственной области внутри барьера делает неопределенным ее импульс. Поэтому имеется отличная от нуля вероятность обнаружить микрочастицу внутри запрещенной, с точки зрения классической механики, области. Соответственно появляется определенная вероятность прохождения частицы сквозь потенциальный барьер, что и отвечает Т Эта вероятность тем больше, чем меньше масса частицы, чем уже потенциальный барьер и чем меньше энергии недостает частице, чтобы достичь высоты барьера (то есть чем меньше разность — E). Вероятность прохождения сквозь барьер представляет собой главный фактор, определяющий физические характеристики Т В случае одномерного потенциального барьера такой характеристикой служит коэффициент прозрачности барьера, равный отношению потока прошедших сквозь него частиц к падающему на барьер потоку. В случае трехмерного потенциального барьера, ограничивающего замкнутую область пространства с пониженной потенциальной энергией (потенциальную яму), Т характеризуется вероятностью w выхода частицы из этой области в единицу времени; величина w равна произведению частоты колебаний частицы внутри потенциальной ямы на вероятность прохождения сквозь барьер. Возможность "просачивания" наружу частицы, первоначально находившейся в потенциальной яме, приводит к тому, что соответствующие уровни энергии частиц приобретают конечную ширину порядка hw (h — постоянная Планка), а сами эти состояния становятся квазистационарными.

  Примером проявления Т в физике могут служить процессы автоионизации в сильном электрическом поле. В последнее время особенно большое внимание привлекает процесс ионизации в поле сильной электромагнитной волны. В ядерной физике Т лежит в основе понимания закономерностей альфа-распада радиоактивных ядер: в результате совместного действия короткодействующих ядерных сил притяжения и электростатических (кулоновских) сил отталкивания, a-частице при ее выходе из ядра приходится преодолевать трехмерный потенциальный барьер описанного выше типа. Без Т было бы невозможно протекание термоядерных реакций: кулоновский потенциальный барьер, препятствующий необходимому для синтеза сближению ядер-реагентов, преодолевается частично благодаря высокой скорости (высокой температуре) таких ядер, а частично — благодаря Т Особенно многочисленны примеры проявления Т в физике твердого тела: автоэлектронная эмиссия электронов из металлов и полупроводников (см. Туннельная эмиссия); явления

в полупроводниках, помещенных в сильное электрическое поле (см. Туннельный диод); миграция валентных электронов в решетке (см. Твердое тело); эффекты, возникающие на контакте между двумя сверхпроводниками, разделенными тонкой пленкой нормального металла или диэлектрика (см. Джозефсона эффект) и т.д.

  Лит.: Блохинцев Д. И., Основы квантовой механики, 4 изд., М., 1963; Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М., Квантовая механика. Нерелятивистская теория, 3 изд., М., 1974 (Теоретическая физика, т. 3).

  Д. А. Киржниц.

 


Для поиска, наберите искомое слово (или его часть) в поле поиска


Новости 13.12.2019 07:38:32