Φαινόμενο σήραγγας

Το φαινόμενο σήραγγας ή κβαντοσηράγγωση είναι το φαινόμενο κατά το οποίο ένα κβαντικό σωματίδιο διασχίζει ένα φράγμα σωματιδίων, το οποίο φαίνεται πως είναι απίθανο να ξεπεραστεί. Το φαινόμενο παίζει ρόλο στην πυρηνική σύντηξη και σε εφαρμογές στη μικροηλεκτρονική. Προτάθηκε θεωρητικά στις αρχές του 20ού αιώνα και έγινε αποδεκτό ως φυσικό φαινόμενο στα μέσα του αιώνα αυτού.

Αρχή λειτουργίας

Σύμφωνα με την εξίσωση του Σρέντιγκερ ένα σωματίδιο έχει πιθανότητα να βρεθεί σε μια περιοχή που απαιτεί ενέργεια περισσότερη από αυτήν που έχει το σωματίδιο. Μια τέτοια περιοχή ονομάζεται φράγμα δυναμικού. Όταν το φράγμα δυναμικού έχει άπειρο βάθος, τότε η πιθανότητα μηδενίζεται, δηλαδή είναι αδύνατον το σωματίδιο να βρεθεί μέσα στο φράγμα. Όταν όμως το μήκος είναι πεπερασμένο τότε το σωματίδιο έχει πιθανότητα να βρεθεί μέσα στο φράγμα, και αν από την άλλη μεριά του φράγματος υπάρχει μια περιοχή που απαιτεί λιγότερη ενέργεια από αυτήν που έχει το σωματίδιο, μπορεί να βρεθεί και εκεί, να διαπεράσει δηλαδή το φράγμα. Η πιθανότητα όμως μειώνεται εκθετικά μέσα στο φράγμα. Με άλλα λόγια αν ένας μεγάλος αριθμός σωματιδίων βρεθεί στη μία περιοχή ένα μικρό ποσοστό θα καταφέρει να διαπεράσει το φράγμα.

Παραδείγματα εφαρμογών

Μικροσκόπιο σάρωσης σήραγγας (scanning tunneling microscope - STM) 
Μικροσκόπιο που χρησιμοποιεί το ρεύμα του φαινομένου σήραγγας μεταξύ μιας αιχμηρής ακίδας και μιας επιφάνειας για χαρτογράφηση. Οι σχετικές μικρογραφίες μπορούν να απεικονίσουν με ατομική ανάλυση τη δομή και την πυκνότητα καταστάσεων επιφανειών (ημι)αγώγιμων υλικών. Εφευρέθηκε το 1981 στα εργαστήρια της IBM στην Ελβετία από τους Μπίνιγκ (Binnig) και Ρόρερ (Rohrer), που τιμήθηκαν με το βραβείο Νόμπελ φυσικής του 1986 για αυτήν τους την εφεύρεση.

Αναφορές

Εξωτερικοί σύνδεσμοι 
physics4u Τι είναι το Κβαντικό φαινόμενο σήραγγας
physics4u Ποια είναι η αρχή του φαινομένου σήραγγας
Φαινόμενο σήραγγας, εφαρμογές

Κβαντική μηχανική
σηραγγ