Тунэльны эфект

З пляцоўкі Вікіпедыя
Jump to navigation Jump to search
Квантавая механіка

Прынцып нявызначанасці Гейзенберга
Уводзіны
Матэматычныя асновы
Гл. таксама «Фізічны партал»

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

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

Гісторыя і даследчыкі[правіць | правіць зыходнік]

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[1]. 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 інтэрфераметрыі[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» стацыянарнае поле электроннай эмісіі. 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[2].

У 1927 годзе нямецкі фізік Фрыдрых Хунд стаў першым, хто матэматычна выявіў «тунэльны эфект» пры разліках спакою двух’ямнага патэнцыялу[en][1][3]. У 1928 годзе незалежна адзін ад аднаго формулы тунэльнага эфекту прымянілі ў сваіх працах рускі навуковец Георгій Гамаў[ru] і амерыканскія навукоўцы Рональд Гёрні[en] і Эдвард Кондан[ru] пры распрацоўцы тэорыі альфа-распаду[4][5][6][7][8]. 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[9]. Пры аўтаномнай эмісіі з металу ў вакуум, да прыкладу, па закону Фаўлера — Нордгейма[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»[9]. У 2016 годзе было адкрыта і «квантавае тунэляванне вады[en]»[10].

Гл. таксама[правіць | правіць зыходнік]

Зноскі[правіць | правіць зыходнік]

  1. 1,0 1,1 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.]. 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) // УФН 1930. В. 4.
  5. Gurney, R. W.; Condon, E. U. (1928). "Quantum Mechanics and Radioactive Disintegration". Nature 122 (3073): 439. doi:10.1038/122439a0. Bibcode1928Natur.122..439G. 
  6. Gurney, R. W.; Condon, E. U. (1929). "Quantum Mechanics and Radioactive Disintegration". Phys. Rev 33 (2): 127–140. doi:10.1103/PhysRev.33.127. Bibcode1929PhRv...33..127G. 
  7. Шаблон:Cite interview
  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. 9,0 9,1 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. Physical Review Letters (22 красавіка 2016). doi:10.1103/PhysRevLett.116.167802. Праверана 23 красавіка 2016.

Літаратура[правіць | правіць зыходнік]

Спасылкі[правіць | правіць зыходнік]