kvanttitunneloitumisena

Kvanttitunneloitumisena tarkoittaa ilmiötä, jossa hiukkanen voi siirtyä potentiaalipuskurin läpi, vaikka sen energian arvo olisi pienempi kuin esteen korkeus. Tämä johtuu hiukkasen aallonfunktiosta, joka ulottuu klassisesti estettä yli, jolloin transmittanssi on kuitenkin ei-nolla. Tunneli-ilmiö on yleinen sekä subatomisessa mittakaavassa että käytännön laitteissa, ja sen voimakkuus riippuu esteen muodosta, leveydestä sekä hiukkasen massasta ja energiasta.

Matemaattisesti tunneloitumista voidaan kuvata Schrödingerin yhtälön avulla. Käytännön likimääräistä tapaa arvioida läpäisy on WKB-nimuoto, jossa transmittanssi voidaan esittää likimäärin muodossa T ≈ exp(-2/ħ ∫ sqrt{2m (V(x)-E)} dx kuljettaessa estettä pitkin, kun V(x) > E. Tämä antaa käsityksen siitä, miksi kevyemmät hiukkaset läpäisevät esteen helpommin kuin raskaammat ja miksi paksummat tai korkeammat esteet vähentävät tunneloitumista huomattavasti.

Historia ja tausta: Kvanttitunneloitumisen perusajatus sai varhaisen tuen 1920-luvulla ja sitä käytettiin erityisesti alfa-kadon selittämisessä. Gamow esitti tunneloitumisen roolin alfa-puskurin läpäisyssä vuonna 1928, ja samankaltaisia näkemyksiä kehittivät Gurney ja Condon. WKB-menetelmä kehitettiin samana aikana Wentzelin, Kramersin ja Brillouinin toimien myötä.

Sovelluksia: Tunneloituminen on keskeinen mekanismi skannaustunneliografissa (STM), tunnelidiodien ja superjohtavien Josephson-junctionien toiminnassa sekä monissa ydin- ja kvanttiprosesseissa. Se on myös tärkeä tekijä esimerkiksi kylmässä elektronien emitoinnissa ja monissa nanostruktuurien ilmiöissä.