Тунельний ефект.

Тунельний ефект, туннелірованіє, подолання мікрочасткою потенційного бар'єру у разі, коли її повна енергія (що залишається при Т. е. незмінною) менше висоти бар'єру. Т. е. — явище істотне квантової природи, неможливе в класичній механіці; аналогом Т. е. у хвилевій оптиці може служити проникнення світлової хвилі всередину середовища, що відображає (на відстані порядку довжини світлової хвилі) в умовах, коли, з точки зору геометричної оптики, відбувається повне внутрішнє віддзеркалення . Явище Т. е. лежить в основі багатьох важливих процесів в атомній і молекулярній фізиці, у фізиці атомного ядра, твердого тіла і т.д.

Т. е. пояснюється кінець кінцем неопределенностей співвідношенням (див. також Квантова механіка, Корпускулярно-хвильовий дуалізм ) . Класична частка не може знаходитися усередині потенційного бар'єру висоти V, якщо її енергія Е < V,оскільки кінетична енергія частки р 2 /2m = Е — V стає при цьому негативною, а її імпульс р — уявною величиною ( m — маса частки). Проте для мікрочастки цей вивід несправедливий: унаслідок співвідношення неопределенностей фіксація частки в просторової області усередині бар'єру робить невизначеним її імпульс. Тому є відмінна від нуля вірогідність виявити мікрочастку усередині забороненої, з точки зору класичної механіки, області. Відповідно з'являється визначена вірогідність проходження частки крізь потенційний бар'єр, що і відповідає Т. е. Ця вірогідність тим більше, чим менше маса частки, чим вужчий потенційний бар'єр і ніж менше енергії бракує частці, щоб досягти висоти бар'єру (тобто чим менше різниця V — E ) .Вірогідність проходження крізь бар'єр є головним чинником, що визначає фізичні характеристики Т. е. В разі одновимірного потенційного бар'єру такою характеристикою служить коефіцієнт прозорості бар'єру, рівний відношенню потоку минулих крізь нього часток до падаючого на бар'єр потоку. В разі тривимірного потенційного бар'єру, що обмежує замкнуту область простору із зниженою потенційною енергією ( потенційну яму ) , Т. е. характеризується вірогідністю w виходу частки з цієї області в одиницю часу; величина w рівна твору частоти коливань частки усередині потенційної ями на вірогідність проходження крізь бар'єр. Можливість «просочування» назовні частки, що спочатку знаходилася в потенційній ямі, приводить до того, що відповідні рівні енергії часток набувають кінцевої ширини порядку hw ( h — постійна Планка), а самі ці стани стають квазістаціонарними.

Прикладом прояву Т. е. у атомній фізиці можуть служити процеси автоіонізації атома в сильному електричному полі. Останнім часом особливо велику увагу привертає процес іонізації атома в полі сильної електромагнітної хвилі. У ядерній фізиці Т. е. лежить в основі розуміння закономірностей альфа-розпаду радіоактивних ядер: в результаті спільної дії короткодіючих ядерних сил тяжіння і електростатичних (кулонівських) сил відштовхування, а-частці при її виході з ядра доводиться долати тривимірний потенційний бар'єр описаного вище типа. Без Т. е. було б неможливе протікання термоядерних реакцій :кулонівський потенційний бар'єр, що перешкоджає необхідному для синтезу зближенню ядер-реагентів, долається частково завдяки високій швидкості (високій температурі) таких ядер, а частково — завдяки Т. е. Особливо багаточисельні приклади прояву Т. е. у фізиці твердого тіла: автоелектронна емісія електронів з металів і напівпровідників (див. Тунельна емісія ) ;явища

в напівпровідниках, поміщених в сильне електричне поле (див. Тунельний діод ) ; міграція валентних електронів в кристалічній решітці (див. Тверде тіло ) ; ефекти, що виникають на контакті між двома надпровідниками, розділеними тонкою плівкою нормального металу або діелектрика (див. Джозефсона ефект ) і так далі

3.