Toshkent axborot texnologiyalari universiteti samarqand filiali potensial chuqurlikdagi zarrachalar holati, tunel effekti

Tunnel mikroskopi qanday ishlaydi
ka kuchlanish, (bu katod bo'ladi); biz boshqa elektrodni (anod) yaqin joyda joylashtiramiz, unga manbaning musbat qutbini biriktiramiz. Anod va katod o'rtasidagi etarlicha katta potentsial farq bilan katod yaqinida taxminan 10 8 V / m quvvatga ega elektr maydoni yaratilishi mumkin. Metall-vakuum chegarasidagi potentsial to'siq torayadi, elektronlar u orqali o'tib, metallni tark etadi.

Dala emissiyasi sovuq katodli elektron quvurlarni yaratish uchun ishlatilgan (hozir ular amalda qo'llanilmaydi), hozirgi vaqtda u foydalanishni topdi. tunnel mikroskoplari, 1985 yilda J. Binning, G. Rorer va E. Ruska tomonidan ixtiro qilingan.

Tunnel mikroskopida zond, ingichka igna o'rganilayotgan sirt bo'ylab harakatlanadi. Igna o'rganilayotgan sirtni skanerlaydi, unga shunchalik yaqin bo'ladiki, to'lqin xossalari tufayli sirt atomlarining elektron qobiqlaridan (elektron bulutlari) elektronlar ignaga tushishi mumkin. Buning uchun biz manbadan ignaga "ortiqcha" ni, sinov namunasiga esa "minus" ni qo'llaymiz. Tunnel oqimi igna va sirt o'rtasidagi potentsial to'siqning shaffoflik koeffitsientiga mutanosib bo'lib, formula (1.7.16) bo'yicha to'siqning kengligiga bog'liq. l. Namuna yuzasini igna bilan skanerlashda tunnel oqimi masofaga qarab o'zgaradi l, sirtning profilini takrorlash. Ignaning qisqa masofalarda aniq harakatlanishi piezoelektrik effekt yordamida amalga oshiriladi, buning uchun igna kvarts plastinkasiga o'rnatiladi, unga elektr kuchlanish qo'llanilganda kengayadi yoki qisqaradi. Zamonaviy texnologiya ignani shunchalik nozik qilish imkonini beradiki, uning uchida bitta atom joylashgan.
TUNNEL TA'SIRI
kvant zarrasining fazo hududi orqali kirib borishidan iborat kvant effekti, unda klassik qonunlarga ko'ra. fizik zarrachalarni topish taqiqlanadi. Klassik umumiy energiya E ga ega va potentsialda bo'lgan zarracha. maydon faqat kosmosning umumiy energiyasi potentsialdan oshmaydigan hududlarda yashashi mumkin. maydon bilan o'zaro ta'sir qilish energiyasi U. Kvant zarrasining to'lqin funksiyasi barcha fazoda nolga teng bo'lmagani va fazoning ma'lum bir hududida zarrachani topish ehtimoli to'lqin funktsiyasi modulining kvadrati bilan berilganligi sababli, taqiqlangan (nuqtadan) klassik mexanikaning ko'rinishi) mintaqalar to'lqin funksiyasi nolga teng.

T Unnel effektini U(x) potentsial maydonidagi bir o'lchovli zarrachaning model masalasi yordamida qulay tarzda tasvirlash mumkin (x - zarrachaning koordinatasi). Nosimmetrik qo'sh quduq potentsiali (a-rasm) holatida to'lqin funktsiyasi quduqlar ichiga "mos" bo'lishi kerak, ya'ni u turgan to'lqindir. Diskret energiya. potentsialning minimal chegaralarini ajratib turuvchi to'siq ostida joylashgan darajalar bir-biriga yaqin joylashgan (deyarli degeneratsiya) hosil qiladi. Energiya farqi. tashkil etuvchi darajalar, deyiladi. tunnelning bo'linishi, bu farq ularning har biri uchun muammoning aniq echimi (to'lqin funktsiyasi) potentsialning ikkala minimalida delokalizatsiya qilinganligi va barcha aniq echimlar degenerativ bo'lmagan darajalarga mos kelishi bilan bog'liq (qarang). Tunnel effektining ehtimoli to'lqin paketining to'sig'idan o'tish koeffitsienti bilan belgilanadi, bu potentsialning minimallaridan birida lokalizatsiya qilingan zarrachaning statsionar bo'lmagan holatini tavsiflaydi.

Potensial egri chiziqlar Zarrachaga jozibador kuch ta'sir qilganda (a - ikkita potentsial quduq, b - bitta potentsial quduq) va zarrachaga itaruvchi kuch ta'sir qilganda (itarish potentsiali, c) zarraning energiyasi U (x) . E - zarrachaning umumiy energiyasi, x - koordinata. Yupqa chiziqlar to'lqin funktsiyalarini ko'rsatadi.

Potentsial c = da o'zaro ta'sir potentsialidan kattaroq energiya E bo'lgan zarracha uchun bir lokal minimumga ega bo'lgan maydon (b-rasm), diskret energetik. holatlar mavjud emas, lekin nisbiy katta bo'lgan kvazstatsionar holatlar to'plami mavjud. minimalga yaqin zarrachani topish ehtimoli. Bunday kvazstatsionar holatlarga mos keladigan to'lqin paketlari metastabillarni tavsiflaydi; to'lqin paketlari tunnel effekti tufayli xiralashadi va yo'qoladi. Bu holatlar umr bo'yi (parchalanish ehtimoli) va energiya kengligi bilan tavsiflanadi. Daraja.

Repulsiv potentsialdagi zarracha uchun (v-rasm), potentsialning bir tomonida statsionar bo'lmagan holatni tavsiflovchi to'lqin paketi. to'siq, agar bu holatdagi zarrachaning energiyasi to'siq balandligidan kichik bo'lsa ham, u ma'lum bir ehtimollik bilan (kirish ehtimoli yoki tunnel ehtimoli deb ataladi) to'siqning boshqa tomoni bo'ylab o'tishi mumkin.

Naib. tunnel effektining namoyon bo'lishi uchun muhim: 1) diskret tebranishlarning tunnel bo'linishi., aylanish. va e-co-lebat. darajalari. Vibratsiyali bo'linish. bir necha darajalarda Ekvivalent muvozanat yadro konfiguratsiyasi - bu inversiyaning ikki baravar ko'payishi (turi bo'yicha), darajalarni to'siqli ext bilan bo'linishi. aylanish (,) yoki ichida, qaysi vnutrimol uchun. ekvivalent muvozanat konfiguratsiyasiga olib keladigan o'zgartirishlar (masalan, PF 5). Agar farq bo'lsa. ekvivalent minimal potentsial bilan ajralib chiqadi. to'siqlar (masalan, dekstrorotator va levorotator kompleksi uchun muvozanat konfiguratsiyasi), so'ngra adekvat · haqiqiy iskala tavsifi. tizimlar mahalliylashtirilgan to'lqin paketlari yordamida erishiladi. Bunday holda, ikkita minimumda delokalizatsiya qilingan statsionar holatlar beqaror: juda kichik buzilishlar ta'sirida u yoki bu minimumda lokalizatsiya qilingan ikkita holat shakllanishi mumkin.

Aylanishning kvazi-degenerativ guruhlarini ajratish. shtatlar (aylanma klasterlar deb ataladigan) ham tunnel qurish tufaylidir, deyishadi. mahallalar orasidagi tizimlar ekvivalent statsionar aylanish o'qlari. Elektron-vibratsiyaning bo'linishi. (vibronik) holatlar kuchli Jahn-Teller effektlari holatida yuzaga keladi. Individual yoki pierning elektron holatlari tomonidan tashkil etilgan zonalarning mavjudligi ham tunnelning bo'linishi bilan bog'liq. davriy nashrlar bilan parchalar. tuzilishi.

2) Zarrachalar almashinuvi va elementar qo`zg`alish hodisalari. Ushbu hodisalar to'plami diskret holatlar orasidagi o'tishni va kvazstatsionar holatlarning yemirilishini tavsiflovchi statsionar bo'lmagan jarayonlarni o'z ichiga oladi. To'lqin funktsiyalariga ega bo'lgan diskret holatlar orasidagi o'tishlar, dekompiyada lokalizatsiya qilingan. bitta adiabatikaning minimallari potentsial, turli xil kimyoviy moddalarga mos keladi. r-tionlar. Tunnel effekti har doim radiatsiya tezligiga ma'lum hissa qo'shadi, ammo bu hissa faqat past haroratlarda, tegishli energiya darajasining past populyatsiyasi tufayli boshlang'ich holatdan yakuniy holatga to'siqdan o'tish ehtimoli bo'lmaganda sezilarli bo'ladi. . Tunnel effekti tezlik r-tionning Arrhenius bo'lmagan harakatida namoyon bo'ladi; tipik misol - radiatsiya boshlangan qattiq bilan zanjirning o'sishi. Ushbu jarayonning tezligi taxminan t-re. 140 K bilan Arrenius qonuni qoniqarli tasvirlangan

TUNNEL TA'SIRI(tunnel) - harakat mintaqasi orqali tizimning kvant o'tishi, taqiqlangan klassik. mexanika. Bunday jarayonning tipik misoli zarrachaning o'tishidir potentsial to'siq uning energiyasi qachon to'siq balandligidan kamroq. zarracha impulsi R bunda munosabatdan aniqlanadi.
qayerda U(x)- kuchli. zarrachalar energiyasi ( t- massa) to'siq ichidagi maydonda bo'lardi, xayoliy miqdor. DA kvant mexanikasi Rahmat noaniqlik munosabati impuls va koordinata o'rtasida pastki to'siq harakati mumkin. Bu mintaqada zarrachaning to'lqin funksiyasi eksponent, yarim klassikda esa parchalanadi holat (qarang Yarimklassik yaqinlashish) to'siq ostidan chiqish nuqtasida uning amplitudasi kichik.
Potensiallarning o'tishi haqidagi muammoli bayonotlardan biri. to'siq zarrachalarning turg'un oqimi to'siq ustiga tushgan holatga to'g'ri keladi va o'tgan oqimning qiymatini topish talab qilinadi. Bunday muammolar uchun koeffitsient kiritiladi. to'siqning shaffofligi (tunnel o'tish koeffitsienti) D, o'tmish va hodisa oqimlarining intensivligi nisbatiga teng. Vaqt bo'yicha teskari koeffitsientdan kelib chiqadi. "oldinga" va teskari yo'nalishlarda o'tish uchun shaffoflar bir xil. Bir o'lchovli holatda koeffitsient shaffoflik sifatida yozilishi mumkin


integratsiya klassik kirish imkoni bo'lmagan hududda amalga oshiriladi; X 1,2 - shartdan aniqlangan burilish nuqtalari Klassik chegaradagi burilish nuqtalarida. mexanika, zarrachaning impulsi yo'qoladi. Koef. D 0 uni aniqlash uchun kvant-mexanikaning aniq yechimini talab qiladi. vazifalar.