kuvantamismekanismit

Kvanttitunneli on ilmiö, jossa hiukkanen voi siirtyä potentiaalisen esteen läpi, vaikka sen energia alittaisi esteen korkeuden. Tämä johtuu kvanttimekaniikan aalto‑luonteesta: hiukkanen on tilan aaltofunktio, joka ulottuu esteen taakse. Läpäisy ratkaistaan Schrödingerin yhtälöllä, ja käytetään usein WKB‑lähestymistapaa tai numeerisia ratkaisuja. Tunneli on sekä luonnontieteellinen perusilmiö että tekninen mekanismi, jonka todennäköisyys riippuu esteen paksuudesta ja korkeudesta sekä hiukkasen massasta.

Mekaaniset tunneliilmiöt esiintyvät eri järjestelmissä. Elektronit voivat tunkeutua ohuiden potentiaalibarrien läpi johtimien tai puolijohteiden välillä, mikä on Esaki‑diodien ja muiden ohutbarrierilaitteiden perusta. Kaksoiskalvoista koostuvissa rakenteissa voi tapahtua resonanttunneli, jossa elektronin virta kulkee kvanttipiirteiden kautta ja voi esiintyä negatiivisena resistanssina. Fowler–Nordheim –tuneling taas tapahtuu suurten sähköisten kenttien alla, jolloin elektroneja emittoidaan barriereista ulkoavaruuteen tai dielektriin. Näissä ilmiöissä tunneli perustuu tilan energioiden välisiin väliaikaisiin tiloihin ja aallonfunktioiden leijaukseen barriereihin.

Kemialliset tunneli-ilmiöt vaikuttavat reaktioihin, erityisesti kevyiden hiukkasten, kuten protonien, siirtymiseen esteen yli matalissakin lämpötiloissa. Tämä voi nopeuttaa reaktioita, joiden klassinen energia ei riitä. Teoreettisessa kuvauksessa käytetään WKB‑menetelmää ja instanton‑lähestymistapaa.

Sovelluksia ovat muun muassa skannauspintakuvantamisen STM, jossa tunneli­liike mahdollistaa pintarakenteiden kuvaamisen, sekä monissa nanoteknologian ja astrofysiikan konteksteissa. Kvanttitunneli on keskeinen ilmiö sekä luonnossa että tekniikassa.