Marta Musiał Fizyka Techniczna, WPPT Zjawisko tunelowe Marta Musiał Fizyka Techniczna, WPPT

Plan prezentacji Wprowadzenia do tematu – pojęcie efektu tunelowego. Podejście klasyczne. Podejście kwantowe. Równanie Schrodingera dla bariery potencjału. Gęstość prawdopodobieństwa. Współczynnik transmisji. Zastosowanie zjawiska tunelowego – STM Literatura.

Zjawisko tunelowe (efekt tunelowy) zjawisko przejścia cząstki przez barierę potencjału o wysokości większej niż energia cząstki zaproponowane w 1928 roku przez Gamowa do wyjaśnienia rozpadu jąder http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/ thumb/d/de/George_Gamow.JPG/2 Born uogólnił efekt tunelowy na inne układy kwantowe, nie tylko te związane z potencjałem jądrowym!

Podejście klasyczne W podejściu klasycznym elektron o energii: zbliżający się do bariery z lewej strony zostałby od niej odbity!

Podejście kwantowe. W podejściu kwantowym istnieje skończone prawdopodobieństwo, że elektron o energii: przejdzie („przetuneluje”) przez barierę potencjału i pojawi się po drugiej stronie!

WNIOSEK: „Zjawisko tunelowe jest charakterystyczne tylko dla mechaniki kwantowej. Z punktu widzenia fizyki klasycznej stanowi paradoks łamiący klasycznie rozumianą zasadę zachowania energii, gdyż cząstka przez pewien czas przebywa w obszarze zabronionym przez zasadę zachowania energii !!!” http://pl.wikipedia.org/wiki/Zjawisko_tunelowe

Równanie Schrödingera dla bariery potencjału: postać ogólna: rozwiązania dla trzech obszarów:

Podnosząc do kwadratu wartość bezwzględną funkcji φ(x) otrzymamy gęstość prawdopodobieństwa! - zmniejsza się wykładniczo ze zmianą x - wykres opisuje falę o małej, stałej amplitudzie www.ostm.umcs.lublin.pl/photos/roz1/bariera.png&imgrefurl

Współczynnik transmisji (T) odnosi się do prawdopodobieństwa z jakim elektron przejdzie przez barierę , gdzie: Przykład: T=0,02 czyli z każdego 1000 elektronów padających na barierę ~ 20 przejdzie przez ba- rierę ( a 980 się odbije!)

STM – skaningowy mikroskop tunelowy. Mikroskop służący do bada-nia powierzchni ciała stałego, jego działanie oparte jest na zjawisku tunelowym.

Zasada działania: układ piezoelektryczny służy do przesuwania ostrza nad badana próbką (skanowania) i do u- trzymywania stałej odległości między ostrzem i powierzchnią dwa tryby pracy: CCM, CHM

Zastosowania i możliwości Umożliwia otrzymywanie map powierzchni ciał stałych z dokładnością atomową, czyli znacznie większą niż w mikroskopach optycznych i elektronowych. Jest stosowany w laboratoriach na całym świecie.

Literatura I.W. Sawieliew, Wykłady z fizyki t. 3, PWN, Warszawa 1994 Jay Orear, Fizyka t.2, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa 1998 Halliday, Resnick, Walker „Podstawy fizyki” tom 5 (39.3) R. Eisberg, R. Resnick „ Fizyka kwantowa atomów, cząsteczek, ciał stałych, jąder i cząstek elementarnych” , (2.3) http://pl.wikipedia.org/wiki/Zjawisko_tunelowe www.ostm.umcs.lublin.pl/photos/roz1/bariera.png&imgrefurl

Dziękuje za uwagę!