Квантовое туннелирование

Квантовое туннелирование (квантовый туннельный эффект) (англ. Wave-mechanical tunneling) — преодоление микрочастицей потенциального барьера в случае, когда её полная энергия (остающаяся при туннелировании неизменной) меньше высоты барьера. Туннельный эффект — явление исключительно квантовой природы, невозможное в классической механике; аналогом туннельного эффекта 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 туннелирования лежит в основе многих важных процессов в атомной и молекулярной физике, в физике атомного ядра, твёрдого тела и т. д. Туннельный эффект — явление, играющее важную роль в нанотехнологии. Феномен туннелирования открыл в 1928 году наш соотечественник Г. А. Гамов, впервые получив решения уравнения Шредингера, описывающие возможность преодоления частицей энергетического барьера, даже если ее энергия меньше высоты барьера. Найденное решение объясняло многие экспериментально наблюдавшиеся процессы. И лишь спустя тридцать лет после открытия Гамова появились первые приборы на основе туннельного эффекта: туннельные диоды, транзисторы, датчики, термометры для измерения сверхнизких температур, и, наконец, сканирующие туннельные микроскопы, положившие начало современной нанотехнологии.

Схема поясняет квантовый туннельный эффект на примере классического движения.
По аналогии с гравитацией объект стремится "вниз"
(от высокого уровня потенциальной энергии к низкому).
Обычно для перехода в состояние с более низкой энергией необходима энергия извне.
Однако согласно законам квантовой механики объект может
образовать туннель в низкоэнергетичное состояние

Тезаурус

Квантовое туннелирование (Wave-mechanical tunneling)

Тематический раздел (поле):  свойство

Функциональный разряд:  Наноэлектроника; Метрология и стандартизация; Функциональные наноматериалы; Нанотехнологии для безопасности; Нанобиотехнологии

Аскрипторы:  Квантовый туннельный эффект, квантово-размерный эффект, квантово-механическое туннелирование

Отношения иерархические (род-вид):  Квантовое туннелирование → Квантовые размерные эффекты → Свойства нанообъектов → Объекты, относящиеся к сфере нанотехнологий, их свойства

Отношения ассоциативные:  Квантовое туннелирование ~ Квант, Потенциальная яма, Потенциальный барьер, Туннельный диод, Наночастица, Сканирующий туннельный микроскоп, Датчик сверхнизкой температуры

Литература по теме:

1. N. Fröman and P.-O. Fröman (1965). JWKB Approximation: Contributions to the Theory. North-Holland, Amsterdam
2. Razavy, Mohsen (2003). Quantum Theory of Tunneling. World Scientific
3. Griffiths, David J. (2004). Introduction to Quantum Mechanics (2nd ed.). Prentice Hall
4. Vilenkin, Alexander (2003). "Particle creation in a tunneling universe". Phys.Rev. D 68: 023520
5. 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)