Tunneleffekt
Tunneleffekt
Tunneleffekt (Tunneln) - der Durchgang eines Teilchens (oder Systems) durch einen Raumbereich, in dem der Aufenthalt verboten ist klassische Mechanik. Die meisten berühmtes Beispiel ein solcher Vorgang ist der Durchgang eines Teilchens durch eine Potentialbarriere, wenn seine Energie E kleiner ist als die Höhe der Barriere U 0 . In der klassischen Physik kann sich ein Teilchen nicht im Bereich einer solchen Barriere befinden, geschweige denn passieren, da dies gegen den Energieerhaltungssatz verstößt. In der Quantenphysik ist die Situation jedoch grundlegend anders. Ein Quantenteilchen bewegt sich auf keiner bestimmten Bahn. Daher können wir nur über die Wahrscheinlichkeit sprechen, ein Teilchen in einem bestimmten Raumbereich ΔрΔх zu finden > ћ. Gleichzeitig haben weder potentielle noch kinetische Energien gemäß der Unschärferelation bestimmte Werte. Sie darf während der durch die Unschärferelation ΔμΔt gegebenen Zeitintervalle t um den Wert Δμ von der klassischen Energie μ abweichen > ћ (ћ = h/2π, wobei h die Plancksche Konstante ist).
Die Möglichkeit, dass ein Partikel eine Potentialbarriere durchdringt, ist auf das Erfordernis einer kontinuierlichen Wellenfunktion an den Wänden der Potentialbarriere. Die Wahrscheinlichkeit, rechts und links ein Teilchen zu detektieren, hängt von der Differenz E - U(x) im Bereich der Potentialbarriere und der Breite der Barriere x 1 - x 2 zu einem gegebenen Zeitpunkt ab Energie.
Mit zunehmender Höhe und Breite der Barriere nimmt die Wahrscheinlichkeit des Tunneleffekts exponentiell ab. Auch die Wahrscheinlichkeit des Tunneleffekts nimmt mit zunehmender Partikelmasse schnell ab.
Das Eindringen durch die Barriere ist wahrscheinlichkeitstheoretisch. Teilchen mit E< U 0 , натолкнувшись на барьер, может либо пройти сквозь него,
либо отразиться. Суммарная вероятность этих двух возможностей равна 1. Если
на барьер падает поток частиц с Е < U 0 , то часть этого
потока будет просачиваться сквозь барьер, а часть – отражаться. Туннельное
прохождение частицы через потенциальный барьер лежит в основе многих явлений
ядерной и Atomphysik: Alpha-Zerfall, kalte Emission von Elektronen aus Metallen, Phänomene in der Kontaktschicht zweier Halbleiter usw.
Es besteht die Möglichkeit, dass ein Quantenteilchen die Barriere durchdringt, die für ein klassisches Elementarteilchen unüberwindbar ist.
Stellen Sie sich einen Ball vor, der in einem kugelförmigen Loch rollt, das in den Boden gegraben wurde. Zu jedem Zeitpunkt verteilt sich die Energie des Balls zwischen seiner kinetischen Energie und der potentiellen Energie der Schwerkraft in einem Verhältnis, das davon abhängt, wie hoch der Ball relativ zum Boden des Lochs ist (gemäß dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik). Wenn der Ball den Rand des Lochs erreicht, sind zwei Szenarien möglich. Wenn seine Gesamtenergie überschreitet potenzielle Energie Schwerkraftfeld, bestimmt durch die Höhe des Punktes, an dem sich der Ball befindet, springt er aus dem Loch. Wenn die Gesamtenergie des Balls geringer ist als die potenzielle Energie der Schwerkraft auf der Höhe der Lochseite, rollt der Ball nach unten, zurück in das Loch, zur gegenüberliegenden Seite; In dem Moment, in dem die potenzielle Energie gleich der Gesamtenergie des Balls ist, hält er an und rollt zurück. Im zweiten Fall wird der Ball niemals aus dem Loch rollen, es sei denn, ihm wird zusätzliche kinetische Energie zugeführt - beispielsweise durch Drücken. Nach den Gesetzen der Newtonschen Mechanik wird der Ball das Loch nie verlassen, ohne ihm zusätzlichen Schwung zu verleihen, wenn er nicht genug eigene Energie hat, um über Bord zu rollen.
Stellen Sie sich nun vor, dass sich die Seiten der Grube über die Erdoberfläche erheben (wie Mondkrater). Gelingt es der Kugel, die erhöhte Seite einer solchen Grube zu überqueren, rollt sie weiter. Es ist wichtig, sich daran zu erinnern, dass in der Newtonschen Welt des Balls und des Lochs die Tatsache, dass der Ball, nachdem er über die Seite des Lochs gegangen ist, weiter rollen wird, keinen Sinn ergibt, wenn der Ball nicht genug hat kinetische Energie um die Spitze zu erreichen. Erreicht er die Kante nicht, kommt er einfach nicht aus der Grube heraus und rollt dementsprechend keinesfalls bei jeder Geschwindigkeit weiter, egal in welcher Höhe über der Oberfläche die Seitenkante außen liegt .
In der Welt der Quantenmechanik liegen die Dinge anders. Stellen Sie sich vor, dass sich in so etwas wie einem Brunnen ein Quantenteilchen befindet. In diesem Fall wir reden geht es nicht mehr um einen echten physikalischen Brunnen, sondern um eine bedingte Situation, in der ein Teilchen eine bestimmte Menge an Energie benötigt, um die Barriere zu überwinden, die es daran hindert, aus dem auszubrechen, was die Physiker so genannt haben « Potenzial gut» . Diese Grube hat auch ein Energieanalog der Seite - das sogenannte "Potentialbarriere". Also, wenn außerhalb der Potentialbarriere das Spannungsniveau Energiefeld geringer ist als die Energie, die das Teilchen besitzt, hat es die Möglichkeit, "über Bord" zu gehen, auch wenn die tatsächliche kinetische Energie dieses Teilchens nicht ausreicht, um im Newtonschen Sinne über die Bordkante zu "übergehen". Dieser Mechanismus des Durchgangs eines Teilchens durch eine Potentialbarriere wird als Quantentunneleffekt bezeichnet.
Das funktioniert so: In der Quantenmechanik wird ein Teilchen durch eine Wellenfunktion beschrieben, die mit der Aufenthaltswahrscheinlichkeit des Teilchens in Beziehung steht dieser Ort in dieser Moment Zeit. Wenn ein Teilchen mit einer Potentialbarriere kollidiert, erlaubt uns die Schrödinger-Gleichung, die Wahrscheinlichkeit zu berechnen, mit der das Teilchen diese durchdringt, da die Wellenfunktion von der Barriere nicht nur energetisch absorbiert, sondern sehr schnell ausgelöscht wird – exponentiell. Mit anderen Worten, die Potentialbarriere in der Welt der Quantenmechanik ist verschwommen. Sie behindert natürlich die Bewegung des Teilchens, ist aber keine feste, undurchdringliche Grenze, wie es in Newtons klassischer Mechanik der Fall ist.
Wenn die Barriere niedrig genug ist oder wenn die Gesamtenergie des Teilchens nahe an der Schwelle liegt, lässt die Wellenfunktion, obwohl sie schnell abnimmt, wenn sich das Teilchen dem Rand der Barriere nähert, ihm eine Chance, sie zu überwinden. Das heißt, es besteht eine gewisse Wahrscheinlichkeit, dass das Teilchen auf der anderen Seite der Potentialbarriere zu finden ist – in der Welt der Newtonschen Mechanik wäre dies unmöglich. Und da das Teilchen den Rand der Barriere passiert hat (es soll die Form haben Mondkrater), wird sie frei den äußeren Hang hinunterrollen, weg von dem Loch, aus dem sie herausgekommen ist.
Ein Quantentunnelübergang kann als eine Art "Leck" oder "Leck" eines Teilchens durch eine Potentialbarriere angesehen werden, wonach sich das Teilchen von der Barriere wegbewegt. Es gibt genügend Beispiele für solche Phänomene in der Natur, sowie in moderne Technologien. Nehmen wir einen typischen radioaktiven Zerfall: schwerer Kern strahlt ein Alphateilchen aus, das aus zwei Protonen und zwei Neutronen besteht. Einerseits kann man sich diesen Vorgang so vorstellen, dass ein schwerer Kern durch intranukleare Bindungskräfte ein Alphateilchen in sich hält, so wie in unserem Beispiel die Kugel in einem Loch gehalten wurde. Allerdings auch dann, wenn das Alphateilchen noch nicht genug hat freie Energie Um die Barriere der intranuklearen Bindungen zu überwinden, besteht immer noch die Möglichkeit seiner Ablösung vom Kern. Und indem wir die spontane Alpha-Emission beobachten, erhalten wir experimentelle Bestätigung Realität des Tunneleffekts.
Andere wichtiges Beispiel Tunneleffekt - der Prozess der thermonuklearen Fusion, der Sterne mit Energie versorgt (siehe Evolution der Sterne). Eine der Phasen der thermonuklearen Fusion ist die Kollision zweier Deuteriumkerne (jeweils ein Proton und ein Neutron), wodurch ein Helium-3-Kern (zwei Protonen und ein Neutron) entsteht und ein Neutron emittiert wird. Nach dem Coulombschen Gesetz wird zwischen zwei gleich geladenen Teilchen (in dieser Fall Protonen, die die Kerne von Deuterium bilden) gibt es eine starke Kraft der gegenseitigen Abstoßung - das heißt, es gibt eine starke Potentialbarriere. In Newtons Welt konnten Deuteriumkerne einfach nicht nahe genug herankommen, um einen Heliumkern zu synthetisieren. Im Inneren von Sternen sind Temperatur und Druck jedoch so hoch, dass sich die Energie der Kerne der Schwelle ihrer Fusion nähert (in unserem Sinne befinden sich die Kerne fast am Rand der Barriere), wodurch die Tunneleffekt beginnt zu wirken, Kernfusion- und die Sterne leuchten.
Schließlich wird der Tunneleffekt bereits in der Technik der Elektronenmikroskope praktisch genutzt. Die Wirkungsweise dieses Werkzeugs beruht darauf, dass sich die Metallspitze der Sonde der zu untersuchenden Oberfläche in einem ultrakleinen Abstand nähert. In diesem Fall verhindert die Potentialbarriere, dass Elektronen von den Metallatomen zur untersuchten Oberfläche fließen. Beim Bewegen der Sonde bis zum Anschlag kurze Reichweite entlang der zu untersuchenden Fläche geht er sozusagen Atom für Atom vor. Wenn sich die Sonde in unmittelbarer Nähe zu den Atomen befindet, ist die Barriere niedriger als wenn die Sonde zwischen ihnen hindurchgeht. Dementsprechend steigt, wenn die Vorrichtung nach einem Atom "tastet", der Strom aufgrund des erhöhten Elektronenlecks als Ergebnis des Tunneleffekts an, und in den Lücken zwischen Atomen nimmt der Strom ab. Dies erlaubt aufs ausführlichste Erforschen Sie die atomaren Strukturen von Oberflächen und „kartieren“ Sie sie buchstäblich. Übrigens, Elektronenmikroskope geben nur die endgültige Bestätigung der Atomtheorie der Struktur der Materie.
1.7. Das Konzept des Tunneleffekts.
Der Tunneleffekt ist auf den Durchgang von Teilchen durch eine Potentialbarriere zurückzuführen Welleneigenschaften Partikel.
Lassen Sie ein Teilchen, das sich von links nach rechts bewegt, auf eine Potentialbarriere mit einer Höhe treffen U 0 und Breite l. Nach klassischen Vorstellungen passiert ein Teilchen mit seiner Energie ungehindert eine Barriere E größer als die Barrierenhöhe ( E> U 0 ). Ist die Teilchenenergie kleiner als die Barrierenhöhe ( E< U 0 ), dann wird das Teilchen von der Barriere reflektiert und beginnt sich in die entgegengesetzte Richtung zu bewegen, das Teilchen kann die Barriere nicht durchdringen.
Die Quantenmechanik berücksichtigt die Welleneigenschaften von Teilchen. Für eine Welle ist die linke Wand der Barriere die Grenze zweier Medien, an der die Welle in zwei Wellen geteilt wird - reflektiert und gebrochen.Daher sogar mit E> U 0 Es ist möglich (wenn auch mit geringer Wahrscheinlichkeit), dass das Teilchen von der Barriere reflektiert wird, und wann E< U 0 Es besteht eine Wahrscheinlichkeit ungleich Null, dass sich das Teilchen auf der anderen Seite der Potentialbarriere befindet. In diesem Fall ist das Teilchen sozusagen "durch den Tunnel gegangen".
Wir werden entscheiden das Problem des Durchgangs eines Teilchens durch eine Potentialbarriere für den einfachsten Fall einer eindimensionalen rechteckigen Barriere in Abb. 1.6. Die Form der Barriere ist durch die Funktion gegeben
. (1.7.1)
Wir schreiben die Schrödinger-Gleichung für jede der Regionen: 1( x<0 ), 2(0< x< l) und 3( x> l):
;
(1.7.2)
; (1.7.3)
. (1.7.4)
Bezeichnen
(1.7.5)
. (1.7.6)
Allgemeine Lösungen der Gleichungen (1), (2), (3) für jede der Regionen haben die Form:
Lösung des Formulars 
entspricht einer Welle, die sich in Richtung der Achse ausbreitet x, a 
eine Welle, die sich in die entgegengesetzte Richtung ausbreitet. In Region 1 ist der Begriff 
beschreibt die Welle, die auf die Barriere trifft, und den Begriff 
die von der Barriere reflektierte Welle. Im Bereich 3 (rechts von der Barriere) breitet sich also nur eine Welle in x-Richtung aus 
.
Die Wellenfunktion muss die Stetigkeitsbedingung erfüllen, also müssen Lösungen (6), (7), (8) an den Rändern der Potentialbarriere „genäht“ werden. Dazu setzen wir die Wellenfunktionen und ihre Ableitungen at gleich x=0 und x = l:
;
;
;
. (1.7.10)
Unter Verwendung von (1.7.7) - (1.7.10) erhalten wir vier Gleichungen zu bestimmen fünf Koeffizienten SONDERN 1 , SONDERN 2 , SONDERN 3 ,BEIM 1 und BEIM 2 :
SONDERN 1 +V 1 =A 2 +V 2 ;
SONDERN 2 eXP( l) +B 2 eXP(- l)= A 3 eXP(ikl) ;
ich k(SONDERN 1 - BEIM 1 ) = (SONDERN 2 -BEIM 2 ) ; (1.7.11)
(SONDERN 2 eXP( l)-BEIM 2 eXP(- l) = ich kSONDERN 3 eXP(ikl) .
Um die fünfte Beziehung zu erhalten, führen wir die Konzepte von Reflexionskoeffizienten und Barrierentransparenz ein.
Reflexionsfaktor nennen wir die Beziehung
, (1.7.12)
was definiert Wahrscheinlichkeit Partikelreflexionen von der Barriere.
Transparenzverhältnis
(1.7.13)
gibt die Wahrscheinlichkeit an, dass das Teilchen wird bestehen durch die Schranke. Da das Teilchen entweder reflektiert wird oder die Barriere passiert, ist die Summe dieser Wahrscheinlichkeiten gleich eins. Dann
R+ D =1; (1.7.14)
. (1.7.15)
Das ist es fünfte Beziehung, die das System (1.7.11) schließt, aus dem alle fünf Koeffizienten.
Von größtem Interesse ist TransparenzverhältnisD. Nach Transformationen erhalten wir
,
(7.1.16)
wo D 0 ist ein Wert nahe Eins.
Aus (1.7.16) ist ersichtlich, dass die Transparenz der Barriere stark von ihrer Breite abhängt l, auf wie viel die Höhe der Barriere U 0 übersteigt die Teilchenenergie E, sowie von der Masse des Teilchens m.
Mit 
klassischer Sicht der Durchgang eines Teilchens durch eine Potentialbarriere an E<
U 0
widerspricht dem Energieerhaltungssatz. Fakt ist, wenn ein klassisches Teilchen irgendwann im Barrierenbereich (Bereich 2 in Abb. 1.7) wäre, dann wäre seine Gesamtenergie kleiner als die potentielle Energie (und seine kinetische Energie wäre negativ!?). Mit Quantenpunkt es gibt keinen solchen Widerspruch. Bewegt sich ein Teilchen auf eine Barriere zu, dann hat es eine wohldefinierte Energie, bevor es mit ihr kollidiert. Lassen Sie die Interaktion mit der Barriere eine Weile andauern
t, dann ist nach der Unschärferelation die Energie des Teilchens nicht mehr bestimmt; Energie Unsicherheit 
. Wenn sich herausstellt, dass diese Unsicherheit in der Größenordnung der Höhe der Barriere liegt, ist sie für das Teilchen kein unüberwindbares Hindernis mehr, und das Teilchen wird sie passieren.
Die Transparenz der Barriere nimmt mit ihrer Breite stark ab (siehe Tabelle 1.1.). Daher können Teilchen aufgrund des Tunnelmechanismus nur sehr schmale Potentialbarrieren passieren.
Tabelle 1.1
Die Werte des Transparenzkoeffizienten für ein Elektron bei ( U 0 – E ) = 5 eV = konst
|
l, nm | |||||
Wir haben eine rechteckige Barriere betrachtet. Bei einer beliebig geformten Potentialbarriere, wie sie beispielsweise in Abb. 1.7 dargestellt ist, hat der Transparenzkoeffizient die Form
. (1.7.17)
Der Tunneleffekt manifestiert sich in einer Reihe physikalischer Phänomene und hat wichtige praktische Anwendungen. Lassen Sie uns einige Beispiele geben.
1. Autoelektronische (kalte) Elektronenemission.
BEIM 
1922 wurde das Phänomen der kalten Elektronenemission von Metallen unter Einwirkung eines starken äußeren elektrischen Feldes entdeckt. Diagramm der potenziellen Energie U Elektron aus der Koordinate x in Abb. gezeigt. Beim x
<
0 ist der Bereich des Metalls, in dem sich Elektronen nahezu frei bewegen können. Hier kann die potentielle Energie als konstant angesehen werden. An der Metallgrenze entsteht eine Potentialwand, die es dem Elektron nicht erlaubt, das Metall zu verlassen, es kann dies nur durch Aufnahme zusätzlicher Energie tun, Arbeit gleich Ausfahrt EIN.
Außerhalb des Metalls (at x >
0) die Energie freier Elektronen ändert sich nicht, daher für x> 0 der Graph U(x)
geht waagerecht. Lassen Sie uns nun ein starkes elektrisches Feld in der Nähe des Metalls erzeugen. Nehmen Sie dazu eine Metallprobe in Form einer spitzen Nadel und verbinden Sie diese mit dem Minuspol der Quelle. Reis. 1.9 Funktionsweise des Tunnelmikroskops
ka Spannung, (es wird die Kathode sein); Wir werden eine weitere Elektrode (Anode) in der Nähe platzieren, an der wir den positiven Pol der Quelle befestigen. Bei ausreichend großem Potentialunterschied zwischen Anode und Kathode kann nahe der Kathode ein elektrisches Feld mit einer Stärke von etwa 10 8 V/m erzeugt werden. Die Potentialbarriere an der Metall-Vakuum-Grenze wird schmal, die Elektronen sickern hindurch und verlassen das Metall.
Die Feldemission wurde verwendet, um elektronische Röhren mit Kaltkathoden herzustellen (jetzt sind sie praktisch nicht mehr verwendet), derzeit findet sie Anwendung in Tunnelmikroskope, erfunden 1985 von J. Binning, G. Rohrer und E. Ruska.
In einem Tunnelmikroskop bewegt sich eine Sonde, eine dünne Nadel, entlang der zu untersuchenden Oberfläche. Die Nadel tastet die zu untersuchende Oberfläche ab und ist ihr so nahe, dass Elektronen aus den Elektronenhüllen (Elektronenwolken) von Oberflächenatomen aufgrund von Welleneigenschaften zur Nadel gelangen können. Dazu tragen wir „Plus“ von der Quelle auf die Nadel und „Minus“ auf die Testprobe auf. Der Tunnelstrom ist proportional zum Transparenzkoeffizienten der Potentialbarriere zwischen Nadel und Oberfläche, der nach Formel (1.7.16) von der Breite der Barriere abhängt l. Beim Abtasten der Probenoberfläche mit einer Nadel ändert sich der Tunnelstrom abhängig vom Abstand l, das Profil der Oberfläche wiederholend. Die präzise Bewegung der Nadel über kurze Distanzen erfolgt über den piezoelektrischen Effekt, dazu wird die Nadel auf einer Quarzplatte fixiert, die sich ausdehnt oder zusammenzieht, wenn eine elektrische Spannung an sie angelegt wird. Moderne Technik macht es möglich, eine Nadel so dünn zu machen, dass sich an ihrem Ende ein einzelnes Atom befindet.
Und 
das Bild wird auf dem Computerbildschirm erzeugt. Die Auflösung eines Tunnelmikroskops ist so hoch, dass man die Anordnung einzelner Atome „sehen“ kann. Abbildung 1.10 zeigt ein Beispiel einer atomaren Oberfläche von Silizium.
2. Alpha-Radioaktivität ( - Verfall). Bei diesem Phänomen tritt eine spontane Umwandlung radioaktiver Kerne auf, wodurch ein Kern (er wird als Elternteil bezeichnet) ein -Teilchen emittiert und sich in einen neuen (Tochter-) Kern mit einer Ladung von weniger als 2 Einheiten verwandelt. Denken Sie daran, dass das -Teilchen (der Kern des Heliumatoms) aus zwei Protonen und zwei Neutronen besteht.
E 
Wenn wir davon ausgehen, dass das -Teilchen als einzelne Formation innerhalb des Kerns existiert, dann hat der Graph seiner potentiellen Energie über der Koordinate im Feld des radioaktiven Kerns die in Abb. 1.11 gezeigte Form. Sie wird durch die Energie der starken (Kern-)Wechselwirkung aufgrund der gegenseitigen Anziehung von Nukleonen und der Energie der Coulomb-Wechselwirkung (elektrostatische Abstoßung von Protonen) bestimmt.
Als Ergebnis ist ein Teilchen im Kern, das die Energie hat E liegt hinter der Potentialbarriere. Aufgrund seiner Welleneigenschaften besteht eine gewisse Wahrscheinlichkeit, dass sich das -Teilchen außerhalb des Kerns befindet.
3. Tunneleffekt einp- n- Überleitung verwendet in zwei Klassen von Halbleiterbauelementen: Tunnel und invertierte Dioden. Ein Merkmal von Tunneldioden ist das Vorhandensein eines abfallenden Abschnitts auf dem geraden Zweig der Strom-Spannungs-Kennlinie - ein Abschnitt mit einem negativen Differenzwiderstand. Bei Sperrdioden ist das Interessanteste, dass der Widerstand beim Wiedereinschalten geringer ist als beim Wiedereinschalten. Siehe Abschnitt 5.6 für Einzelheiten zu Tunnel- und Sperrdioden.
Tunneleffekt - erstaunliches Phänomen, was aus der Sicht völlig unmöglich ist klassische Physik. Aber in der mysteriösen und mysteriösen Quantenwelt gibt es etwas andere Gesetze der Wechselwirkung von Materie und Energie. Der Tunneleffekt ist ein Prozess zur Überwindung einer bestimmten Potentialbarriere, vorausgesetzt, dass seine Energie kleiner als die Höhe der Barriere ist. Dieses Phänomen ist ausschließlich Quantennatur und widerspricht vollständig allen Gesetzen und Dogmen. klassische Mechanik. Tem erstaunlichere Welt in dem wir leben.
Um zu verstehen, was der Quantentunneleffekt ist, verwenden Sie am besten das Beispiel eines Golfballs, der mit etwas Kraft in das Loch geschossen wird. Zu jeder Zeiteinheit ist die Gesamtenergie des Balls entgegengesetzt potenzielle Macht Schwere. Wenn wir davon ausgehen, dass es der Schwerkraft unterlegen ist, kann das angegebene Objekt das Loch nicht alleine verlassen. Dies entspricht aber den Gesetzen der klassischen Physik. Um den Rand des Lochs zu überwinden und seinen Weg fortzusetzen, wird er definitiv einen zusätzlichen benötigen kinetischer Impuls. Also sprach der große Newton.
In der Quantenwelt liegen die Dinge etwas anders. Nehmen wir nun an, dass sich in dem Loch ein Quantenteilchen befindet. In diesem Fall sprechen wir nicht mehr von einer echten physikalischen Vertiefung in der Erde, sondern von dem, was Physiker üblicherweise ein "potenzielles Loch" nennen. Dieser Wert hat auch ein Analogon der physischen Platine - eine Energiebarriere. Hier ändert sich die Situation dramatisch. Für die sog Quantenübergang und das Teilchen außerhalb der Barriere ist, ist eine weitere Bedingung notwendig.
Wenn die Intensität des externen Energiefeldes kleineres Teilchen dann hat sie echte Chance unabhängig von seiner Höhe. Auch wenn es im Verständnis der Newtonschen Physik nicht genug kinetische Energie hat. Dies ist der gleiche Tunneleffekt. Es funktioniert wie folgt. die beschreibung eines beliebigen teilchens ist nicht mit hilfe einiger charakteristisch physikalische Quantitäten, sondern durch die Wellenfunktion, die mit der Wahrscheinlichkeit des Orts des Teilchens an einem bestimmten Punkt im Raum in jeder bestimmten Zeiteinheit verbunden ist.
Wenn ein Teilchen mit einer bestimmten Barriere kollidiert, kann man mit Hilfe der Schrödinger-Gleichung die Wahrscheinlichkeit berechnen, diese Barriere zu überwinden. Denn die Barriere nimmt nicht nur Energie auf, sondern löscht sie auch exponentiell. Mit anderen Worten, in der Quantenwelt gibt es keine unüberwindbaren Barrieren, sondern nur zusätzliche Bedingungen, bei denen sich das Teilchen außerhalb dieser Barrieren befinden kann. Verschiedene Hindernisse stören natürlich die Bewegung von Partikeln, aber keinesfalls sind feste undurchdringliche Grenzen. Bedingt gesehen ist dies eine Art Grenzlinie zwischen zwei Welten - der physischen und der energetischen.
Der Tunneleffekt hat seine Entsprechung in der Kernphysik - die Autoionisation eines Atoms in einem starken elektrischen Feld. Die Physik ist auch reich an Beispielen für die Manifestation des Tunnelns. Festkörper. Dazu gehören Feldemission, Migration sowie Effekte, die beim Kontakt zweier Supraleiter entstehen, die durch einen dünnen dielektrischen Film getrennt sind. Der Tunnelbau spielt bei der Umsetzung zahlreicher Projekte eine herausragende Rolle Chemische Prozesse bei niedrigen und kryogenen Temperaturen.
