Туннелирования

Туннелирование – физическое явление, заключающееся в том, что физический объект преодолевает потенциальный барьер, величественная которого больше его кинетической энергии. Самым известным примером явления являются альфа-распад. Это явление существует благодаря волновой природе квантовых процессов, но проявляется не только в квантовых системах. Примеры туннелирования можно наблюдения и в оптике где процессы также описываются волновыми уравнениями.
Термоядерный синтез возможен лишь тогда, когда ядра атомов дейтерия преодолевают кулоновский барьер благодаря туннелирования сквозь него.
Важными приложениями явления туннелирования является резонансный туннельный квантовый диод и туннельный микроскоп, туннелирование используется для разрядки элементов флэш памяти. Туннелирование света используется в методе неполного внутреннего отражения и приборах, работа которых основана на нем.
В квантовой механике частицы описываются волновыми функциями, которые квадрат модуля которых задает плотность вероятности нахождения частники в определенной точке пространства. Волновые функции являются непрерывными функциями координат, а потому в области где кинетическая энергия частицы меньше потенциальной (эту область называют классически недоступной областью) спадают до нуля постепенно. Всегда существует определенная вероятность того, что частица будет зарегистрирована под потенциальным барьером. Если потенциальный барьер имеет конечную ширину, то существует отличная от нуля вероятность прохождения частицы через барьер.
В Квазиклассическое приближение квантовой механики волновую функцию для одномерной задачи можно записать в виде

,

где [thumb=left]https://mir-prekrasen.net/uploads/posts/2011-02/1298219648_29dfd055ef1683b053f1b5bf9ed6dbbb4.png[/img] – Сводная постоянная Планка, [img=left]https://mir-prekrasen.net/uploads/posts/2011-02/1298219608_319a3aaf7e068d4bef01bfee9bcb56a51.png[/thumb], E – энергия частицы, m – ее масса, V (x) – потенциальная энергия частицы, коефициетны A, B определяются значением волновой функции в определенной точке x 0.
В области, где E E.
Таким образом, вероятность утечки (туннелирование) квантовомеханической частицы через барьер экспоненциально зависит от толщины барьера. Для того, чтобы наблюдать туннелирования барьер должен быть очень тонким – атомарных размеров.
Вероятность туннелирования зависит от величины барьера, его формы, а также от массы частицы. Если электроны могут туннелировать через барьеры толщиной несколько десятых нанометра, то более тяжелые частицы, например, альфа-частицы, только через барьеры с размерами порядка размеров ядра. Электроны проводимости в полупроводниках характеризуются эффективными массами, которые могут быть набат меньше массу свободных электронов, что позволяет создавать туннельные диоды с шириной барьера в несколько десятков нанометров.