partikelbarriär

Partikelbarriär är ett begrepp inom fysiken som beskriver ett område där den potentiella energin för en partikel är högre än i dess omgivning. I klassisk mekanik kan en partikel med energi E som är lägre än barriärens höjd V0 inte passera barriären. I kvantmekanik kan däremot partikel tunnla genom barriären och sannolikheten för transmission kan vara icke-noll även när E < V0. Sannolikheten T beror på barrierens höjd V0, bredden a, samt partikelns massa m och energi E. För en kvadratisk barriär ges i förenklad form T ≈ e^{-2κa} där κ = sqrt(2m(V0−E))/ħ, upp till faktorer som beror på exakt värde av E och V0. Alltså blir tunnling starkt avhängig av barrierens egenskaper och partikelns energi.

Praktiska tillämpningar finns inom flera områden. Inom kvantmekanik och elektronikteknik spelar partikelbarriärer en central roll i halvledarkomponenter som PN-övergångar, tunneldioder, kvantprickar och scanning tunneling-mikroskopi. Inom kärn- och astrofysik studeras barriärer som partiklar måste övervinna i fusion och andra reaktioner. Som konkret exempel används fysiska barriärer i strålskydd, där material som bly eller betong minskar genomträngningen av joniserande strålning.

Se även: kvantmekanisk tunnling, potentiell barriär, PN-övergång, strålskydd.