TUNNEL EFFECT
TUNNEL EFFECT
(хонгил хийх), боломжит саадыг бичил бөөмсөөр даван туулах нь түүний нийт (Т.Э.-д ихэвчлэн өөрчлөгдөөгүй) саадны өндрөөс бага байх тохиолдолд. Өөрөөр хэлбэл, уг үзэгдэл нь үндсэндээ квант юм. мөн чанар, сонгодог нь боломжгүй юм. механик; аналог T. e. долгионоор Оптик нь геомийн үүднээс авч үзвэл гэрлийг тусгах орчинд (гэрлийн долгионы уртын дарааллын зайд) нэвтрүүлэх замаар үйлчилж болно. оптик болж байна. T. e. олон тооны суурь дахь чухал үйл явц. мөн тэд хэлдэг физик, физикийн хувьд at. цөм, ТВ бие гэх мэт.
T. e. (КВАНТ МЕХАНИК-ийг үзнэ үү) дээр үндэслэн тайлбарлав. Сонгодог ч-ца нь потенциал дотор байж болохгүй. саадны өндөр V, хэрэв түүний энерги? импульс p - төсөөллийн хэмжигдэхүүн (m - h-tsy). Гэсэн хэдий ч бичил бөөмийн хувьд энэ дүгнэлт нь шударга бус юм: тодорхойгүй байдлын хамаарлаас болж бөөмс орон зайд тогтдог. саад доторх талбай нь түүний эрч хүчийг тодорхойгүй болгодог. Иймд сонгодог үзлээр хориотой бөөмийн доторх бичил бөөмсийг илрүүлэх магадлал 0 биш юм. механикийн бүс. Үүний дагуу тодорхойлолт гарч ирнэ. боломжоор дамжин өнгөрөх магадлал. саад тотгор, энэ нь T. e. Энэ магадлал их, бодисын масс бага байх тусам потенциал нарийсдаг. саад ба саадын өндөрт хүрэхийн тулд бага эрчим хүч дутагдаж байна (ялгаа V-?). Хаалтаар дамжин өнгөрөх магадлал - Ч. физикийг тодорхойлох хүчин зүйл шинж чанарууд T. e. Нэг хэмжээст потенциалын хувьд. саад бэрхшээлийн ийм шинж чанар нь коэффициент юм. саадын ил тод байдал, түүнийг дайран өнгөрөх бөөмсийн урсгалыг хаалт дээрх урсгалд харьцуулсан харьцаатай тэнцүү байна. Үйлдвэрлэлийн хаалттай талбайг доод талаас нь хязгаарлах гурван хэмжээст саадтай тохиолдолд. боломж эрчим хүч (боломжтой худаг), өөрөөр хэлбэл. Энэ бүс нутгийг орхих хувь хүний w магадлалаар тодорхойлогддог. цаг хугацаа; w-ийн утга нь потенциал доторх бөөмийн хэлбэлзлийн давтамжийн үржвэртэй тэнцүү байна. саадыг дамжин өнгөрөх магадлал дээр нүх . Анх боломжит байсан цайнаас "алдагдах" боломж. сайн, харгалзах бөөмс нь ћw дарааллын хязгаарлагдмал өргөнийг олж авахад хүргэдэг бөгөөд тэдгээр нь өөрсдөө хагас хөдөлгөөнгүй болдог.
T. e-ийн илрэлийн жишээ. -д. физик нь хүчтэй цахилгаан дахь атомуудад үйлчилж чаддаг. мөн хүчтэй цахилгаан соронзон орон дахь атомын ионжуулалт. долгион. T. e. цацраг идэвхт цөмийн альфа задралын үндэс суурь болдог. Т байхгүй бол э. термоядролын урвал явагдах боломжгүй болно: Кулоны потенциал. хайлуулахад шаардлагатай реактив цөмүүдийн нэгдэлд саад болж буй саад бэрхшээл нь зарим талаараа ийм цөмийн өндөр хурдтай (өндөр температур), зарим талаараа дулааны энергийн нөлөөгөөр даван туулдаг. Ялангуяа T. e-ийн илрэлийн олон жишээ байдаг. физикийн телевизээр. биетүүд: талбайн ялгаралт, хоёр PP-ийн зааг дахь контакт давхарга дахь үзэгдэл, Жозефсон эффект гэх мэт.
Физик нэвтэрхий толь бичиг. - М .: Зөвлөлтийн нэвтэрхий толь бичиг. . 1983 .
TUNNEL EFFECT
(хонгил хийх) - сонгодог хэлбэрээр хориглосон хөдөлгөөний бүсээр дамжин өнгөрөх систем механик. Ийм үйл явцын ердийн жишээ бол бөөмс дамжин өнгөрөх явдал юм боломжит саад тотгортүүний энерги байх үед
саадны өндрөөс бага. Бөөмийн импульс rэнэ тохиолдолд хамаарлаас тодорхойлогдоно 
Хаана U(x)-боломж бөөмийн энерги ( Т -масс), хаалт доторх бүсэд байх болно, төсөөллийн хэмжигдэхүүн. IN квант механикбаярлалаа тодорхойгүй байдлын харилцааимпульс ба координатын хооронд дэд саад тотгор болох боломжтой болж хувирна. Энэ муж дахь бөөмийн долгионы функц нь экспоненциалаар, мөн бараг сонгодог байдлаар задардаг тохиолдол (харна уу Хагас сонгодог ойртолт)саад дороос гарах цэг дэх түүний далайц бага байна.
Потенциал дамжуулалтын талаархи асуудлын нэг томъёолол. саад тотгор нь бөөмсийн хөдөлгөөнгүй урсгал хаалт дээр унасан тохиолдолд тохирох бөгөөд дамжуулсан урсгалын утгыг олох шаардлагатай. Иймэрхүү асуудлын хувьд коэффициентийг нэвтрүүлдэг. саад тотгор (хонгилын шилжилтийн коэффициент) D,дамжуулж буй болон урсах урсгалын эрчмийн харьцаатай тэнцүү байна. Хугацааны урвуу байдлаас үзэхэд энэ нь коэффициент юм. "Урагшаа" болон урвуу чиглэлд шилжих шилжилтийн ил тод байдал нь ижил байна. Нэг хэмжээст тохиолдолд коэффициент. ил тод байдлыг гэж бичиж болно
интеграци нь сонгодог хүртээмжгүй бүс нутагт явагддаг. X 1,2 - нөхцлөөс тодорхойлсон эргэлтийн цэгүүд Сонгодог хязгаар дахь эргэлтийн цэгүүдэд. механикийн хувьд бөөмийн импульс тэг болно. Коэф. Д 0 нь түүнийг тодорхойлохын тулд квант механикийн нарийн шийдлийг шаарддаг. даалгавар.
Квази сонгодог байх нөхцөл хангагдсан бол
шууд саадыг эс тооцвол бүхэл бүтэн уртын дагуу эргэлтийн цэгүүдийн хөршүүд x 1,2 .
коэффициент Д 0 нь нэгээс арай өөр байна. Амьтад ялгаа ДНэгдмэл байдлаас 0 нь жишээлбэл, боломжит муруй байх тохиолдолд байж болно. саадын нэг талаас эрчим хүч маш огцом явдаг тул бараг сонгодог тэнд хэрэглэх боломжгүй, эсвэл энерги нь саадны өндөрт ойр байх үед (өөрөөр хэлбэл экспонентын илэрхийлэл бага байна). Тэгш өнцөгт хаалт өндөрт зориулсан У o ба өргөн Акоэффициент ил тод байдлыг файлаар тодорхойлно
Хаана 
Саадын суурь нь тэг энергитэй тохирч байна. Хагас сонгодог хэлбэрээр хэрэг Дэв нэгдэлтэй харьцуулахад жижиг.
Доктор. Бөөмийг хаалтаар нэвтрүүлэх асуудлыг дараах байдлаар томъёолно. Бөөмийн эхэнд байгаарай цаг хугацааны агшин гэж нэрлэгддэг ойролцоо төлөвт байна. хөдөлгөөнгүй байдал, энэ нь үл нэвтрэх саадтай (жишээлбэл, хаалтаас хол дээш өргөгдсөн үед) тохиолдох болно. боломжит сайнялгаруулж буй бөөмийн энергиээс их өндөрт). Энэ мужийг гэж нэрлэдэг хагас суурин. Хөдөлгөөнгүй төлөвтэй адил бөөмийн долгионы функцийн цаг хугацааны хамаарлыг энэ тохиолдолд хүчин зүйлээр тодорхойлно. 
Нарийн төвөгтэй хэмжигдэхүүн энд энерги хэлбэрээр гарч ирдэг Э, төсөөллийн хэсэг нь T.-ийн улмаас нэгж хугацаанд хагас суурин төлөвийн задралын магадлалыг тодорхойлдог.
Хагас сонгодог хэлбэрээр хандлагад f-loy (3)-аар өгөгдсөн магадлал нь экспоненциал агуулна. in-f-le (1)-тэй ижил төрлийн хүчин зүйл. Бөмбөрцөг тэгш хэмтэй потенциалын хувьд. саад гэдэг нь тойрог замаас хагас суурин төлөв задрах магадлал юм. квант тоо л f-loy-ээр тодорхойлогддог
Энд r 1,2 нь радиаль эргэлтийн цэгүүд бөгөөд интеграл нь тэгтэй тэнцүү байна. Хүчин зүйл w 0боломжийн сонгодог зөвшөөрөгдсөн хэсэг дэх хөдөлгөөний шинж чанараас хамаарна, жишээлбэл. тэр пропорциональ. сонгодог саадны хананы хоорондох бөөмийн хэлбэлзлийн давтамж.
T. e. хүнд цөмийн задралын механизмыг ойлгох боломжийг бидэнд олгодог. Бөөм ба охин цөмийн хооронд цахилгаан статик хүч байдаг. f-loy-ээр тодорхойлогддог түлхэлт Хэмжээний эрэмбийн бага зайд Ацөмүүд нь тийм эфф. сөрөг гэж үзэж болно: 
Үүний үр дүнд магадлал А-задрал нь хамаарлаар өгөгддөг
Энд ялгарч буй а бөөмийн энерги байна.
T. e. Нар, оддод хэдэн арван, хэдэн зуун сая градусын температурт термоядролын урвал явагдах боломжийг тодорхойлдог (харна уу. Оддын хувьсал),мөн түүнчлэн термоядролын дэлбэрэлт буюу CTS хэлбэрээр хуурай газрын нөхцөлд.
Сул нэвчилттэй хаалтаар тусгаарлагдсан хоёр ижил худгаас бүрдэх тэгш хэмийн потенциалд, i.e. Энэ нь худгийн төлөв байдлын хөндлөнгийн оролцоонд хүргэдэг бөгөөд энэ нь салангид энергийн түвшний сул давхар хуваагдалд хүргэдэг (инверсийн хуваагдал гэж нэрлэгддэг; үзнэ үү. Молекулын спектр).Сансар огторгуйд хязгааргүй үечилсэн цоорхойнуудын хувьд түвшин бүр нь энергийн бүс болж хувирдаг. Энэ бол нарийн электрон энерги үүсэх механизм юм. Торны сайтуудтай электронуудын хүчтэй холбоо бүхий талст дахь бүсүүд.
Хэрэв хагас дамжуулагч болор дээр цахилгаан гүйдэл хэрэглэвэл. талбар, дараа нь зөвшөөрөгдсөн электрон энергийн бүсүүд орон зайд налуу болно. Тиймээс шуудангийн түвшин электрон энерги бүх бүсийг дайран өнгөрдөг. Эдгээр нөхцөлд нэг энергийн түвшнээс электрон шилжих боломжтой болно. бүсийг нөгөөд нь улмаас T. e. Сонгодог байдлаар нэвтрэх боломжгүй газар бол хориотой энергийн бүс юм. Энэ үзэгдлийг гэж нэрлэдэг. Зенерийн эвдрэл. Квази сонгодог Ойролцоогоор энд цахилгаан эрчим хүчний бага утгатай тохирч байна. талбайнууд. Энэ хязгаарт Zener-ийн эвдрэлийн магадлалыг үндсэндээ тодорхойлдог. экспоненциал, тайрах үзүүлэлтэд том сөрөг байна. хориотой энергийн өргөний харьцаатай пропорциональ утга. нэгж эсийн хэмжээтэй тэнцүү зайд хэрэглэсэн талбарт электрон авсан энергийн бүс.
Үүнтэй төстэй нөлөө гарч ирдэг хонгилын диод,хагас дамжуулагчийн улмаас бүсүүд налуу байна p-Тэгээд n-тэдний холбоо барих хилийн хоёр талд бичнэ үү. Цэнэг зөөгч явах бүсэд хязгаарлагдмал тооны эзэнгүй төлөв байдгаас туннелжилт үүсдэг.
T. e-д баярлалаа. цахилгаан боломжтой нимгэн диэлектрикээр тусгаарлагдсан хоёр металлын хооронд . хуваалт. Эдгээр нь хэвийн болон хэт дамжуулагч төлөвт хоёуланд нь байж болно. Сүүлчийн тохиолдолд байж болно Жозефсон эффект.
T. e. Хүчтэй цахилгаан гүйдэлд тохиолддог ийм үзэгдлүүд үүсдэг. атомын автоионжуулалт гэх мэт талбарууд (харна уу Талбайн ионжуулалт) Мөн автомат электрон ялгаруулалтметаллаас. Аль ч тохиолдолд цахилгаан талбай нь хязгаарлагдмал ил тод байдлын саадыг бүрдүүлдэг. Цахилгаан хүчтэй байх тусмаа талбар, саад тотгор нь ил тод байх тусам металлаас электрон гүйдэл хүчтэй болно. Энэ зарчим дээр үндэслэсэн сканнерийн хонгилын микроскоп -судалж буй гадаргуугийн янз бүрийн цэгүүдээс хонгилын гүйдлийг хэмжиж, түүний нэг төрлийн бус байдлын мөн чанарын талаар мэдээлэл өгдөг төхөөрөмж.
T. e. нь зөвхөн нэг бөөмсөөс бүрдэх квант системд боломжгүй юм. Жишээлбэл, талст дахь дислокацын бага температурын хөдөлгөөн нь олон тооны бөөмсөөс бүрдэх эцсийн хэсгийн хонгилтой холбоотой байж болно. Энэ төрлийн асуудалд шугаман мултралыг эхлээд тэнхлэгийн дагуу байрлах уян утас хэлбэрээр дүрсэлж болно. цагтболомжийн орон нутгийн минимумуудын нэгэнд V(x, y).Энэ боломж нь үүнээс хамаардаггүй у,тэнхлэгийн дагуух түүний рельеф Xнь орон нутгийн минимумуудын дараалал бөгөөд тус бүр нь болорт үзүүлэх механик хүчнээс хамаарч нөгөөгөөсөө тодорхой хэмжээгээр бага байдаг. хүчдэл. Энэхүү стрессийн нөлөөн дор нүүлгэн шилжүүлэлтийн хөдөлгөөн нь тодорхойлогдсон зэргэлдээх хамгийн бага хэмжээнд туннел болж буурдаг. мултралын сегмент, дараа нь түүний үлдсэн хэсгийг тэнд татах. Үүнтэй ижил төрлийн хонгилын механизм нь хөдөлгөөнийг хариуцаж болно цэнэгийн нягтын долгион Peierls диэлектрик дээр (харна уу Peierls шилжилт).
Ийм олон хэмжээст квант системийн туннелийн нөлөөг тооцоолохын тулд хагас сонгодог аргыг ашиглах нь тохиромжтой. хэлбэрээр долгионы функцийн төлөөлөл 
Хаана S-сонгодог системүүд. T. e-ийн хувьд. төсөөллийн хэсэг нь чухал юм S,сонгодог хүртээмжгүй бүс дэх долгионы функцын сулралтыг тодорхойлох. Үүнийг тооцоолохын тулд нарийн төвөгтэй траекторын аргыг ашигладаг.
Квант бөөмсийг даван туулах боломж. хаалт нь термостаттай холбогдсон байж болно. Сонгодог хэлбэрээр Механикийн хувьд энэ нь үрэлтийн хөдөлгөөнтэй тохирдог. Тиймээс туннелийг тайлбарлахын тулд онолыг ашиглах шаардлагатай байна диссипатив квант механик. Иосефсоны контактуудын одоогийн төлөв байдлын хязгаарлагдмал хугацааг тайлбарлахад ийм төрлийн бодол санааг ашиглах ёстой. Энэ тохиолдолд хонгил үүснэ. квант бөөмс нь саадыг дамжин өнгөрөх ба термостатын үүргийг электронууд гүйцэтгэдэг.
Лит.:Ландау L. D., Lifshits E. M., Quantum, 4th ed., M., 1989; Зиман Ж., Хатуу биеийн онолын зарчим, хөрвүүлэлт. Англи хэлнээс, 2-р хэвлэл, М., 1974; Баз А.И., Зельдович Я., Переломов А.М., Релятивист бус квант механик дахь тархалт, урвал ба задрал, 2-р хэвлэл, М., 1971; Хатуу биет дэх хонгилын үзэгдэл, транс. Англи хэлнээс, М., 1973; Лихарев К.К., Жозефсоны уулзваруудын динамикийн танилцуулга, М., 1985 он. Б.И.Ивлев.
Физик нэвтэрхий толь бичиг. 5 боть. - М .: Зөвлөлтийн нэвтэрхий толь бичиг. Ерөнхий редактор А.М.Прохоров. 1988 .
Бусад толь бичгүүдээс "TUNNEL EFFECT" гэж юу болохыг харна уу:
Орчин үеийн нэвтэрхий толь бичиг
Энерги нь саадын өндрөөс бага бичил бөөмсийг боломжит хаалтаар нэвтрүүлэх; Саад бүс дэх бөөмийн момент (болон энерги) тархсанаар тодорхой тайлбарласан квант эффект (Тодорхой бус байдлын зарчмыг үзнэ үү). Хонгилын үр дүнд...... Том нэвтэрхий толь бичиг
Тунелийн эффект- TUNNEL EFFECT, энерги нь саадны өндрөөс бага хэмжээтэй бичил бөөмийн боломжит саадыг дамжин өнгөрөх; Саад бүс дэх бөөмийн момент (болон энерги) тархсанаар тодорхой тайлбарласан квант эффект (зарчмын тодорхойгүй байдлаас шалтгаалан) ... Зурагт нэвтэрхий толь бичиг
туннелийн нөлөө- - [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Цахилгааны инженерчлэл ба эрчим хүчний инженерийн англи-орос толь бичиг, Москва, 1999] Цахилгааны инженерийн сэдэв, үндсэн ойлголтууд EN туннелийн эффект ... Техникийн орчуулагчийн гарын авлага
TUNNEL EFFECT- (хонгил хийх) - нийт энерги нь саадны өндрөөс бага байх үед микро бөөмийн боломжит потенциалыг (харна уу) даван туулахаас бүрддэг квант механик үзэгдэл. T. e. бичил хэсгүүдийн долгионы шинж чанараас үүдэлтэй ба термоядролын урсгалд нөлөөлдөг... ... Том Политехник нэвтэрхий толь бичиг
Квантын механик ... Википедиа
Энерги нь саадын өндрөөс бага бичил бөөмсийг боломжит хаалтаар нэвтрүүлэх; Саад бүс дэх бөөмийн момент (болон энерги) тархсанаар тодорхой тайлбарлагдсан квант эффект (Тодорхой бус байдлын зарчмыг үзнэ үү). Хонгилын үр дүнд...... Нэвтэрхий толь бичиг
Хонгилын эффект нь сонгодог физикийн үүднээс огт боломжгүй, гайхалтай үзэгдэл юм. Гэвч нууцлаг, нууцлаг квант ертөнцөд матери ба энергийн харилцан үйлчлэлийн арай өөр хууль үйлчилдэг. Тунелийн эффект гэдэг нь түүний энерги нь саадны өндрөөс бага байх тохиолдолд тодорхой боломжит саадыг даван туулах үйл явц юм. Энэ үзэгдэл нь зөвхөн квант шинж чанартай бөгөөд сонгодог механикийн бүх хууль тогтоомж, сургаалуудтай бүрэн зөрчилддөг. Бидний амьдарч буй ертөнц илүү гайхалтай.
Квантын туннелийн эффект гэж юу болохыг ойлгох хамгийн сайн арга бол гольфын бөмбөгийг ямар нэгэн хүчээр нүх рүү шидсэн жишээг ашиглах явдал юм. Цагийн аль ч нэгжид бөмбөгний нийт энерги нь таталцлын хүчний эсрэг байна. Хэрэв бид таталцлын хүчнээс доогуур гэж үзвэл заасан объект өөрөө нүхнээс гарах боломжгүй болно. Гэхдээ энэ нь сонгодог физикийн хуулиудад нийцдэг. Нүхний ирмэгийг даван туулж, цаашаа явахын тулд нэмэлт кинетик импульс хэрэгтэй болно. Энэ бол агуу Ньютон хэлсэн үг юм.
Квантын ертөнцөд бүх зүйл арай өөр байдаг. Одоо нүхэнд квант бөөмс байна гэж бодъё. Энэ тохиолдолд бид газар дээрх бодит бие махбодийн хямралын тухай биш, харин физикчдийн уламжлалт байдлаар "боломжит нүх" гэж нэрлэдэг зүйлийн талаар ярих болно. Ийм утга нь физик талын аналог - эрчим хүчний саадтай байдаг. Энд нөхцөл байдал эрс өөрчлөгддөг. Квантын шилжилт гэж нэрлэгддэг зүйл болж, бөөмс саадаас гадуур гарч ирэхийн тулд өөр нэг нөхцөл шаардлагатай.
Хэрэв гадаад энергийн талбайн хүч нь бөөмсөөс бага байвал түүний өндрөөс үл хамааран бодит боломж бий. Ньютоны физикийн ойлголтод хангалттай кинетик энерги байхгүй ч гэсэн. Энэ бол ижил хонгилын нөлөө юм. Энэ нь дараах байдлаар ажилладаг. Аливаа бөөмийг ямар ч физик хэмжигдэхүүнгүйгээр, харин тодорхой цаг хугацааны нэгж бүрт бөөмс орон зайн тодорхой цэгт байрлах магадлалтай холбоотой долгионы функцээр дүрслэх нь ердийн зүйл юм.
Бөөм нь тодорхой саадтай мөргөлдөх үед Шредингерийн тэгшитгэлийг ашиглан та энэ саадыг даван туулах магадлалыг тооцоолж болно. Учир нь хаалт нь энергийг шингээхээс гадна экспоненциалаар унтраадаг. Өөрөөр хэлбэл, квант ертөнцөд даван туулах боломжгүй саад бэрхшээл гэж байдаггүй бөгөөд зөвхөн бөөмс нь эдгээр саад бэрхшээлээс цааш өөрийгөө олох боломжтой нэмэлт нөхцөлүүд юм. Төрөл бүрийн саад тотгор нь мэдээжийн хэрэг бөөмсийн хөдөлгөөнд саад учруулдаг боловч ямар ч тохиолдолд хатуу, нэвтэршгүй хил хязгаар биш юм. Уламжлал ёсоор бол энэ нь бие махбодийн болон эрч хүчтэй гэсэн хоёр ертөнцийн хоорондох нэг төрлийн хил хязгаар юм.
Туннелийн эффект нь цөмийн физикт ижил төстэй байдаг - хүчирхэг цахилгаан талбар дахь атомын автоионжуулалт. Хатуу биеийн физикт туннелийн илрэлийн жишээнүүд бас элбэг байдаг. Үүнд талбайн ялгаралт, шилжилт хөдөлгөөн, түүнчлэн нимгэн диэлектрик хальсаар тусгаарлагдсан хоёр хэт дамжуулагчийн холбоо барихад үүсэх нөлөөллүүд орно. Туннель нь бага ба криоген температурын нөхцөлд олон тооны химийн процессуудыг хэрэгжүүлэхэд онцгой үүрэг гүйцэтгэдэг.
TUNNEL EFFECT, квант бөөмсийг сансар огторгуйн бүсээр нэвтрүүлэхээс бүрдэх квант эффект бөгөөд үүнд сонгодог хуулийн дагуу физикийн хувьд бөөмс олохыг хориглоно. Сонгодог
нийт энерги E ба потенциалтай бөөмс. Энэ талбар нь зөвхөн нийт энерги нь боломжит хэмжээнээс хэтрэхгүй орон зайн бүсэд л оршино. талбайтай харилцан үйлчлэх энерги U. Квант бөөмийн долгионы функц нь орон зайд тэгээс ялгаатай байдаг тул орон зайн тодорхой мужид бөөмсийг олох магадлалыг долгионы функцийн модулийн квадратаар, дараа нь хориглосон (сонгодог механикийн үүднээс) өгдөг. ) мужуудад долгионы функц тэгээс ялгаатай байна. U(x) боломжит талбар дахь нэг хэмжээст бөөмийн загвар бодлого ашиглан хонгилын эффектийг дүрслэн үзүүлэхэд тохиромжтой (х нь бөөмийн координат). Тэгш хэмтэй давхар худгийн потенциалын хувьд (Зураг а) долгионы функц нь худгийн дотор "тохируулах" ёстой, өөрөөр хэлбэл энэ нь байнгын долгион юм. Салангид эрчим хүчний эх үүсвэрүүд боломжит хэлбэрийн минимумыг тусгаарлах саадын доор байрлах түвшин нь хоорондоо нягт уялдаатай (бараг доройтсон) түвшин юм. Эрчим хүчний ялгаа түвшин, бүрэлдэхүүн хэсэг, гэж нэрлэдэг. хонгилын хуваагдал, энэ ялгаа нь тохиолдол бүрийн хувьд асуудлын яг шийдлийг (долгионы функц) боломжийн минимумын аль алинд нь нутагшуулсан бөгөөд бүх тодорхой шийдлүүд нь доройтоогүй түвшинд тохирч байгаатай холбоотой юм (харна уу). Хонгилын нөлөөллийн магадлалыг боломжит минимумуудын аль нэгэнд локалчлагдсан бөөмийн хөдөлгөөнгүй байдлыг тодорхойлдог саадаар долгионы багц дамжуулах коэффициентээр тодорхойлогддог.
Боломжит муруй Таталцлын хүчээр (а - хоёр боломжит худаг, б - нэг боломжит худаг), бөөмс дээр түлхэх хүч үйлчлэх тохиолдолд (төлөх потенциал, в). E нь бөөмийн нийт энерги, x нь координат юм. Нимгэн шугамууд нь долгионы функцийг дүрсэлдэг.
Боломжтой c = үед харилцан үйлчлэлийн потенциалаас их E энергитэй бөөмийн хувьд орон нутгийн нэг минимумтай талбар (Зураг б), дискрет энерги. ямар ч муж байдаггүй, гэхдээ агуу хүмүүс хоорондоо холбоотой байдаг хагас суурин төлөвүүдийн багц байдаг. хамгийн багатай ойролцоо бөөмсийг олох магадлал.
Ийм хагас суурин төлөвт тохирсон долгионы пакетууд нь метастабил төлөвүүдийг тодорхойлдог; долгионы пакетууд туннелийн нөлөөгөөр тархаж, алга болдог. Эдгээр төлөвүүд нь тэдний амьдралын хугацаа (муудах магадлал) болон эрчим хүчний өргөнөөр тодорхойлогддог. түвшин.
Наиб. хонгилын эффектийг илэрхийлэхэд чухал ач холбогдолтой: 1) салангид хэлбэлзлийн хонгилын хуваагдал, эргэлт. болон электрон-ко-лебат.
түвшин. Хэлбэлзлийг хуваах. хэд хэдэн түвшинтэй. эквивалент тэнцвэрт цөмийн тохируулга нь урвуу хоёр дахин нэмэгдэх (төрөл), дарангуйлагдсан дотоод түвшинтэй хуваагдах явдал юм. эргэлт ( , ) эсвэл -д, үүний тулд intra-mol. тэнцүү тэнцвэрийн тохиргоонд хүргэдэг дахин зохицуулалт (жишээ нь PF 5).
Хэрэв өөр бол эквивалент минимумууд нь потенциалаар тусгаарлагддаггүй. саад бэрхшээл (жишээлбэл, баруун ба зүүн гартай цогцолборуудын тэнцвэрийн тохиргоо), дараа нь бодит тулгууруудын хангалттай тодорхойлолт. системийг орон нутгийн долгионы пакетуудыг ашиглан хийдэг. Энэ тохиолдолд хоёр минимумд нутагшсан суурин төлөвүүд тогтворгүй байдаг: маш бага үймээн самууны нөлөөн дор нэг буюу өөр минимумд нутагшсан хоёр муж үүсэх боломжтой.
Хагас доройтсон бүлгүүдийн хуваагдал нь эргэлддэг. мужууд (эргэлтийн кластерууд гэж нэрлэгддэг) нь мөн моль хонгилын улмаас үүсдэг. хэд хэдэн хорооллын хоорондох системүүд. эквивалент хөдөлгөөнгүй эргэлтийн тэнхлэгүүд. Электрон чичиргээг хуваах. (виброник) төлөв нь хүчтэй Jahn-Teller нөлөөллийн үед тохиолддог. Тунелийн хуваагдал нь хувь хүн эсвэл молекулын төлөвийн электрон төлөвөөс үүссэн туузануудтай холбоотой байдаг. үе үе хэлтэрхий бүтэц.
Газар ухсан бөмбөрцөг нүхний дотор бөмбөг эргэлдэж байна гэж төсөөлөөд үз дээ. Бөмбөлөгний энерги нь цаг хугацааны аль ч үед түүний кинетик энерги ба таталцлын боломжит энергийн хооронд бөмбөг нь нүхний ёроолтой харьцуулахад хэр өндөр байгаагаас хамаарч (термодинамикийн нэгдүгээр хуулийн дагуу) хуваарилагддаг. Бөмбөлөг нүхний хажуу талд хүрэхэд хоёр хувилбар боломжтой. Хэрэв түүний нийт энерги нь бөмбөгний байрлалын өндрөөр тодорхойлогддог таталцлын талбайн боломжит энергиэс давсан бол нүхнээс үсрэх болно. Бөмбөгний нийт энерги нь нүхний хажуугийн түвшинд таталцлын боломжит энергиэс бага байвал бөмбөг доошоо эргэлдэж, нүх рүү буцаж, эсрэг тал руу эргэлдэнэ; Боломжит энерги нь бөмбөгний нийт энергитэй тэнцүү байх үед тэр зогсч, буцах болно. Хоёрдахь тохиолдолд нэмэлт кинетик энерги өгөхгүй бол бөмбөг хэзээ ч нүхнээс гарахгүй - жишээлбэл, түлхэх замаар. Ньютоны механикийн хуулиудын дагуу хэрэв бөмбөг хөлөг онгоцон дээгүүр өнхрөх өөрийн хүч чадалгүй бол нэмэлт эрч хүч өгөхгүйгээр хэзээ ч нүхнээс гарахгүй.
Одоо нүхний хажуу талууд дэлхийн гадаргуугаас дээш гарч байна гэж төсөөлөөд үз дээ (сарны тогоо шиг). Хэрэв бөмбөг ийм нүхний өргөгдсөн тал дээр унаж чадвал цааш эргэлдэнэ. Бөмбөг ба нүхний Ньютоны ертөнцөд бөмбөг дээд ирмэгт хүрэх хэмжээний кинетик энерги байхгүй тохиолдолд бөмбөг нүхний хажуугаар цааш өнхрөх нь ямар ч утгагүй гэдгийг санах нь чухал юм. Хэрэв энэ нь ирмэг дээр хүрэхгүй бол тэр зүгээр л нүхнээс гарахгүй бөгөөд үүний дагуу ямар ч нөхцөлд, ямар ч хурдтайгаар, хажуугийн ирмэгээс гадна гадаргуугаас ямар өндөр байхаас үл хамааран цааш өнхрөхгүй.
Квант механикийн ертөнцөд бүх зүйл өөр байдаг. Ийм нүх шиг зүйлд квант бөөмс байдаг гэж төсөөлье. Энэ тохиолдолд бид бодит физик нүхний тухай ярихаа больсон, харин бөөмс нь физикчдийн тохиролцсон зүйлээс гарахаас сэргийлж буй саадыг даван туулахад шаардлагатай тодорхой эрчим хүчний хангамжийг шаарддаг нөхцөлт нөхцөл байдлын тухай ярьж байна. "боломжтой нүх". Энэ нүхэнд мөн хажуугийн энергийн аналог байдаг - гэж нэрлэгддэг "болзошгүй саад тотгор". Тиймээс, боломжит саадаас гадуур энергийн талбайн эрчмийн түвшин нь бөөмийн энергиэс бага байвал энэ бөөмийн бодит кинетик энерги нь "давж гарахад" хангалтгүй байсан ч энэ нь "хэт" байх боломжтой. Ньютоны утгаар самбарын ирмэг . Боломжит саадыг дамжин бөөмсийг нэвтрүүлэх энэхүү механизмыг квант туннелийн эффект гэж нэрлэдэг.
Энэ нь дараах байдлаар ажилладаг: квант механикт бөөмийг долгионы функцээр дүрсэлсэн байдаг бөгөөд энэ нь тухайн бөөм нь тухайн цаг мөчид тухайн газарт байрлах магадлалтай холбоотой байдаг. Хэрэв бөөмс нь боломжит саадтай мөргөлдвөл Шредингерийн тэгшитгэл нь бөөмсийг нэвтлэх магадлалыг тооцоолох боломжийг бидэнд олгодог, учир нь долгионы функц нь сааданд зөвхөн эрчим хүчээр шингэдэггүй, гэхдээ маш хурдан унтардаг - экспоненциал байдлаар. Өөрөөр хэлбэл квант механикийн ертөнц дэх боломжит саад тотгор бүдгэрч байна. Энэ нь мэдээж бөөмсийг хөдөлгөхөөс сэргийлдэг боловч Ньютоны сонгодог механикийн нэгэн адил хатуу, нэвтэршгүй хил биш юм.
Хэрвээ саад нь хангалттай бага эсвэл бөөмийн нийт энерги босгонд ойрхон байвал долгионы функц нь хэдийгээр бөөмс саадны ирмэгт ойртох тусам хурдацтай буурч байгаа ч түүнийг даван туулах боломжийг үлдээдэг. Өөрөөр хэлбэл, бөөмс нь боломжит саад тотгорын нөгөө талд илрэх тодорхой магадлал байдаг - Ньютоны механикийн ертөнцөд энэ нь боломжгүй юм. Мөн бөөмс саадны ирмэгийг давсны дараа (сарны тогоо хэлбэртэй бол) гарч ирсэн нүхнээсээ гаднах налуугаараа чөлөөтэй эргэлдэнэ.
Квантын хонгилын уулзвар нь бөөмийн боломжит саадаар дамжин нэг төрлийн "нэвчилт" эсвэл "нэвчих" гэж үзэж болох бөгөөд үүний дараа бөөмс саадаас холдох болно. Байгальд ийм үзэгдлийн олон жишээ бий, орчин үеийн технологид ч бий. Ердийн цацраг идэвхт задралыг авч үзье: хүнд цөм нь хоёр протон, хоёр нейтроноос бүрдэх альфа бөөмсийг ялгаруулдаг. Нэг талаас, бидний жишээн дээрх бөмбөгийг нүхэнд барьж байсан шиг хүнд цөм нь альфа бөөмсийг дотор нь дотроос нь барьж байдаг байдлаар төсөөлж болно. Гэсэн хэдий ч альфа бөөмс нь цөм доторх бондын саадыг даван туулах хангалттай чөлөөт энергигүй байсан ч түүнийг цөмөөс салгах боломж байсаар байна. Мөн аяндаа альфа ялгаралтыг ажигласнаар бид туннелийн эффектийн бодит байдлын туршилтын баталгааг хүлээн авдаг.
Хонгилын эффектийн өөр нэг чухал жишээ бол оддыг эрчим хүчээр хангадаг термоядролын нэгдлийн үйл явц юм (Оддын хувьслыг үзнэ үү). Термоядролын нэгдлийн үе шатуудын нэг нь дейтерийн хоёр цөм (нэг протон, нэг нейтрон) мөргөлдсөний үр дүнд гелий-3 цөм (хоёр протон, нэг нейтрон) үүсч, нэг нейтрон ялгардаг. Кулоны хуулийн дагуу ижил цэнэгтэй хоёр бөөмийн хооронд (энэ тохиолдолд дейтерийн цөмийн нэг хэсэг болох протонууд) харилцан түлхэлтийн хүчтэй хүч байдаг - өөрөөр хэлбэл хүчирхэг потенциал саад байдаг. Ньютоны ертөнцөд дейтерийн цөм нь гелий цөмийг нийлэгжүүлэхэд хангалттай ойртож чадахгүй байв. Гэсэн хэдий ч оддын гүнд температур, даралт нь маш өндөр байдаг тул цөмийн энерги нь нэгдэх босгон дээр ойртдог (бидний ойлголтоор цөмүүд бараг л саадны ирмэг дээр байдаг), үүний үр дүнд хонгилын эффект ажиллаж, термоядролын нэгдэл үүсч, одод гэрэлтдэг.
Эцэст нь туннелийн эффектийг электрон микроскопын технологид практикт аль хэдийн ашиглаж байна. Энэ хэрэгслийн үйлдэл нь датчикийн металл үзүүр нь судалж буй гадаргуу руу маш богино зайд ойртож байгаа явдал юм. Энэ тохиолдолд боломжит саад нь металын атомын электронуудыг судалж буй гадаргуу руу урсахаас сэргийлдэг. Судалж буй гадаргуугийн дагуу датчикийг маш ойрхон зайд хөдөлгөхөд атом атомаар хөдөлж байх шиг байна. Зонд нь атомуудтай ойрхон байх үед датчик тэдгээрийн хооронд дамжих үеийн саад бэрхшээл бага байна. Үүний дагуу төхөөрөмж атомыг "тэврэх" үед туннелийн эффектийн үр дүнд электрон алдагдлын улмаас гүйдэл нэмэгдэж, атомын хоорондох зайд гүйдэл буурдаг. Энэ нь гадаргуугийн атомын бүтцийг нарийвчлан судлах, тэдгээрийг шууд утгаараа "зураглах" боломжийг олгодог. Дашрамд хэлэхэд электрон микроскопууд нь бодисын бүтцийн атомын онолын эцсийн баталгааг өгдөг.
Бөмбөлөг ханан дундуур нисч, хана нь эвдэрч гэмтээгүй, бөмбөгний энерги өөрчлөгдөхгүй байж чадах уу? Мэдээжийн хэрэг үгүй, энэ нь амьдралд тохиолддоггүй гэсэн хариултыг харуулж байна. Бөмбөг хана дундуур нисэхийн тулд түүнийг нэвтлэх хангалттай энергитэй байх ёстой. Үүний нэгэн адил, хэрэв та хөндий дэх бөмбөгийг толгод дээгүүр өнхрүүлэхийг хүсч байвал түүнийг боломжит саадыг даван туулахад хангалттай эрчим хүчний хангамжийг хангах хэрэгтэй - бөмбөгний дээд ба доторх боломжит энергийн ялгаа. хөндий. Хөдөлгөөнийг сонгодог механикийн хуулиар тодорхойлсон биетүүд хамгийн их боломжит энергиэс илүү нийт энергитэй байх үед л боломжит саадыг давдаг.
Бичил ертөнцөд хэрхэн өрнөж байна вэ? Бичил бөөмс нь квант механикийн хуулиудад захирагддаг. Тэд тодорхой чиглэлийн дагуу хөдөлдөггүй, харин долгион шиг орон зайд "үрхсэн" байдаг. Микробөөмийн эдгээр долгионы шинж чанарууд нь гэнэтийн үзэгдлүүдэд хүргэдэг бөгөөд тэдгээрийн дотроос хамгийн гайхалтай нь хонгилын эффект юм.
Бичил ертөнцөд "хана" байрандаа үлдэж, электрон юу ч болоогүй юм шиг түүгээр нисдэг болох нь харагдаж байна.
Бичил хэсгүүд нь энерги нь өндрөөсөө бага байсан ч боломжит саадыг даван туулдаг.
Бичил ертөнц дэх боломжит саад тотгорыг ихэвчлэн цахилгаан хүч үүсгэдэг бөгөөд атомын цөмийг цэнэглэгдсэн бөөмсөөр цацрагаар цацах үед энэ үзэгдэл анх тохиолдсон. Протон гэх мэт эерэг цэнэгтэй бөөмс цөмд ойртох нь тааламжгүй байдаг, учир нь хуулийн дагуу протон ба цөмийн хооронд түлхэх хүч үйлчилдэг. Тиймээс протоныг цөмд ойртуулахын тулд ажил хийх ёстой; Боломжит энергийн график нь Зураг дээр үзүүлсэн шиг харагдаж байна. 1. Үнэн, протон цөмд ойртоход хангалттай (см-ийн зайд), хүчирхэг цөмийн таталцлын хүч (хүчтэй харилцан үйлчлэл) тэр даруйд орж, цөмд баригддаг. Гэхдээ та эхлээд ойртож, болзошгүй саад бэрхшээлийг даван туулах хэрэгтэй.
Протон нь түүний энерги E нь саадны өндрөөс бага байсан ч үүнийг хийж чадна. Квант механикийн нэгэн адил протон цөмд нэвтэрнэ гэж баттай хэлэх боломжгүй юм. Гэхдээ боломжит саадыг ийм хонгилоор нэвтрүүлэх тодорхой магадлал бий. Энэ магадлал их байх тусам энергийн ялгаа бага байх тусам бөөмийн масс бага байх болно (мөн магадлалын хэмжээнээс хамаарах хамаарал нь маш хурц - экспоненциал юм).
Хонгил нээх санаан дээр үндэслэн Д.Коккрофт, Э.Уолтон нар 1932 онд Кавендишийн лабораторид цөмийн хиймэл хуваагдлыг нээжээ. Тэд анхны хурдасгуурыг бүтээсэн бөгөөд хурдасгасан протонуудын энерги нь боломжит саадыг даван туулахад хангалтгүй байсан ч протонууд туннелийн эффектийн ачаар цөмд нэвтэрч, цөмийн урвал үүсгэсэн. Мөн хонгилын нөлөө нь альфа задралын үзэгдлийг тайлбарлав.
Тунелийн эффект нь хатуу төлөвт физик, электроникийн чухал хэрэглээг олсон.
Металл хальсыг шилэн хавтан (субстрат) дээр түрхэж байна гэж төсөөлөөд үз дээ (ихэвчлэн үүнийг вакуум дахь металыг хуримтлуулах замаар олж авдаг). Дараа нь исэлдэж, гадаргуу дээр хэдхэн арван ангстромын зузаантай диэлектрик (оксид) давхарга үүсгэв. Тэгээд дахин тэд үүнийг металл хальсаар бүрхэв. Үр дүн нь "сэндвич" гэж нэрлэгддэг (энэ англи үг нь хоёр ширхэг талх, жишээлбэл, тэдгээрийн хооронд бяслагтай) эсвэл өөрөөр хэлбэл хонгилын холбоо болно.
Электронууд нэг металл хальснаас нөгөөд шилжиж чадах уу? Энэ нь тийм биш юм шиг санагдаж байна - диэлектрик давхарга нь тэдэнд саад болдог. Зураг дээр. 2-р зурагт электрон потенциал энергийн координатаас хамаарах хамаарлын графикийг үзүүлэв. Металд электрон чөлөөтэй хөдөлж, потенциал энерги нь тэг байна. Диэлектрик руу орохын тулд ажлын функцийг гүйцэтгэх шаардлагатай бөгөөд энэ нь электроны кинетик (тиймээс нийт) энергиээс их байдаг.
Тиймээс металл хальсан дахь электронууд нь өндөр нь -тэй тэнцүү потенциал саадаар тусгаарлагддаг.
Хэрэв электронууд сонгодог механикийн хуулийг дагаж мөрдвөл ийм саад бэрхшээлийг даван туулах боломжгүй болно. Гэхдээ туннелийн эффектийн улмаас электронууд диэлектрикоор нэг металл хальснаас нөгөөд нэвтэрч чаддаг. Тиймээс нимгэн диэлектрик хальс нь электронуудыг нэвчүүлэх чадвартай болж хувирдаг - хонгилын гүйдэл гэж нэрлэгддэг гүйдэл дамжин урсаж болно. Гэсэн хэдий ч хонгилын нийт гүйдэл тэг байна: доод металлын хальснаас дээд давхарга руу шилжих электронуудын тоо дунджаар ижил тоо, эсрэгээр дээд хальснаас доод хэсэг рүү шилждэг.
Бид хонгилын гүйдлийг тэгээс хэрхэн өөр болгох вэ? Үүнийг хийхийн тулд тэгш хэмийг зөрчих шаардлагатай, жишээлбэл, металл хальсыг U хүчдэлтэй эх үүсвэртэй холбоно. Дараа нь хальснууд нь конденсаторын хавтангийн үүрэг гүйцэтгэх бөгөөд диэлектрик давхаргад цахилгаан орон үүснэ. Энэ тохиолдолд дээд давхаргын электронууд саадыг даван туулах нь доод давхаргын электронуудаас илүү хялбар байдаг. Үүний үр дүнд бага эх үүсвэрийн хүчдэлд ч хонгилын гүйдэл үүсдэг. Тунелийн контактууд нь метал дахь электронуудын шинж чанарыг судлах боломжийг олгодог бөгөөд электроникийн салбарт ч ашиглагддаг.
