Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
1-38 stolcy.docx
Скачиваний:
0
Добавлен:
01.03.2025
Размер:
508.19 Кб
Скачать

14. Прохождение микрочастицы через потенциальный барьер. Туннельный эффект.

Рассмотрим простейший потенциальный барьер прямоугольной формы (рис. 5.4) для одномерного (по оси х) движения частицы.

Рис. 5.4

Для потенциального барьера прямоугольной формы высоты U и ширины l можно записать:

При данных условиях задачи классическая частица, обладая энергией Е, либо беспрепятственно пройдет над барьером при E>U, либо отразится от него (E<U) и будет двигаться в обратную сторону, т.е. она не может проникнуть через барьер.

Для микрочастиц же, даже при E<U, имеется отличная от нуля вероятность, что частица отразится от барьера и будет двигаться в обратную сторону. При E>U имеется также отличная от нуля вероятность, что частица окажется в области x>l, т.е. проникнет сквозь барьер. Такой вывод следует непосредственно из решения уравнения Шредингера, описывающего движение микрочастицы при данных условиях задачи.

Уравнение Шредингера для состояний каждой из выделенных областей имеет вид:

 

,

(5.4.1)

 

 

.

(5.4.2)

 

       Общее решение этих дифференциальных уравнений:

 

(5.4.3)

 

       В данном случае, согласно (5.4.2), – мнимое число, где

       Можно показать, что A1 = 1, B3 = 0, тогда, учитывая значение q,получим решение уравнения Шредингера для трех областей в следующем виде:

 

(5.4.4)

 

       В области 2 функция (5.4.4) уже не соответствует плоским волнам, распространяющимся в обе стороны, поскольку показатели степени не мнимые, а действительные.

       Качественный анализ функций Ψ1(x), Ψ2(x), Ψ3(x) показан на рис. 5.4. Из рисунка следует, что волновая функция не равна нулю и внутри барьера, а в области 3, если барьер не очень широк, будет опять иметь вид волн де Бройля с тем же импульсом, т.е. с той же частотой, но с меньшей амплитудой.

       Таким образом, квантовая механика приводит к принципиально новому квантовому явлению –туннельному эффекту, в результате которого микрообъект может пройти через барьер.

Коэффициент прозрачности для барьера прямоугольной формы .

       Для барьера произвольной формы .

       Прохождение частицы сквозь барьер можно пояснить соотношением неопределенностей. Неопределенность импульса на отрезке Δx = l составляет Связанная с этим разбросом кинетическая энергия может оказаться достаточной для того, чтобы полная энергия оказалась больше потенциальной и частица может пройти через барьер.       С классической точки зрения прохождение частицы сквозь потенциальный барьер при E<U невозможно, так как частица, находясь в области барьера, должна была бы обладать отрицательной кинетической энергией. Туннельный эффект является специфическим квантовым эффектом.Оказывается, что можно обнаружить частицу за пределами дозволенной (рис. 5.5), т.е. за точками 0 и l(рис. 5.1).

Рис. 5.5

       Это означает, что частица может прибывать там, где ее полная энергия меньше потенциальной энергии. Это оказывается возможным вследствие туннельного эффекта.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]