Kvanttitunneliilmiön

Kvanttitunneliilmiö on kvanttimekaniikan ilmiö, jossa hiukkanen voi läpäistä potentiaalivallin, vaikka sen energia olisi pienempi kuin vallin korkeus. Klassisessa fysiikassa tämä olisi mahdotonta. Kvanttimekaniikassa hiukkasia kuvataan aaltofunktioilla, ja nämä aaltofunktiot eivät vaimene välittömästi potentiaalivallin rajalla, vaan niillä on nollasta poikkeava arvo myös vallin sisäpuolella. Tämä nollasta poikkeava todennäköisyys aaltofunktiolle potentiaalivallin toisella puolella tarkoittaa, että hiukkasella on olemassa mahdollisuus "tunneliutua" vallin läpi.

Ilmiön todennäköisyys riippuu monista tekijöistä, kuten hiukkasen massasta, vallin korkeudesta ja leveydestä sekä hiukkasen energiasta. Mitä korkeampi ja leveämpi potentiaalivalli on, ja mitä pienempi hiukkasen energia suhteessa vallin korkeuteen, sitä pienempi on tunneloitumisen todennäköisyys. Toisaalta, mitä kevyempi hiukkanen on, sitä suurempi on tunneloitumisen todennäköisyys.

Kvanttitunneliilmiöllä on useita tärkeitä sovelluksia. Se on keskeinen ilmiö esimerkiksi scanning tunneling microscope (STM) -mikroskoopissa, joka mahdollistaa pintarakenteiden tutkimisen atomitasolla. Ilmiö on myös olennainen osa radioaktiivista hajoamista, erityisesti alfa-hajoamista, sekä monissa kemiallisissa reaktioissa ja puolijohdekomponenteissa, kuten diodien ja transistoreiden toiminnassa.