Alexander Avdoshin (RealChemistry) Туннельный эффект

c
?Alexander Avdoshin (RealChemistry)
Туннельный эффект.
Представим небольшой мысленный эксперимент. Мы кидаем в стенку мячик и постепен- но уменьшаемся в размерах. Когда вместо мячика мы сможем "взять в руки"электрон,
то заметим, что при броске в "стену"он не всегда будет отражаться от нее. Иногда он будет пролетать сквозь нее.
Кажется бредом, но в квантовой механике все работает немного по другому. Частицы имеют выраженную волновую природу и вероятностный характер (связано с принци- пом неопределенности) потому проникновение частицы за барьер так же возможно (В
классической механике такого не наблюдается. Объекты в ней не имеют волнового ха- рактера и проникать через барьер не могут). Это явление носит название "Туннельный эффект".
Какова же вероятность прохождения частицы через барьер? Из квантовой механики известна формула:
D
? exp
(
?
2
?
?
2m(U
? E)d
)
(1)
Где ? - приведенная постоянная планка m - масса частицы U - высота барьера E - энергия частицы d - ширина барьера.
Как видно из этого уравнения - чем больше масса частицы, тем меньше вероятность прохождения частицы через него. Так же из уравнения видно, что чем выше энергия частицы, тем больше вероятность прохождения ее через барьер.
Где же встречается туннельный эффект? Например в фотосинтезе - прохождение элек- трона через мембрану. До и после мембраны электрон имеет разные энергии. Потому вероятность прохождения в одну сторону больше чем в обратную. За счет этого обеспе- чивается поток электронов. Так же во флешках. В толщах диэлектрика (оксида крем- ния) хранится заряд, который из за малой вероятности проникновения за барьеры той ячейки, в которой он хранится, может сохраняться там очень долго. Таким образом мы сохраняем информацию на флешке. А считывают, грубо говоря, измеряя сопротивле- ние. А попадает туда заряд как раз за счет туннельного эффекта. Потому считывание информации с флешки куда быстрее, чем запись.
Но есть куда более интересное оборудование, основанное на туннельном эффекте, чем флешки. Туннельный микроскоп представляет из себя очень тонкую иглу (букваль- но несколько атомов на острие), которая движется над поверхностью и в зависимости от расстояния до последней, с той или иной вероятностью пропускает электроны. За счет чего можно измерить расстояния от иглы до поверхности и на основе этого создать картину исследуемого объекта.
1

c
?Alexander Avdoshin (RealChemistry)
Но можно не только считывать расстояние от иглы до поверхности (в основном это благородный металл). Этой иглой, при помощи тока, можно "цеплять"молекулы и пе- реносить на другие места. Как своеобразный 3D принтер это работало бы несколько медленно (что бы синтезировать лист А4 со скоростью укладки молекул 1.000.000 в минуту нам бы понадобилось подождать около миллиарда лет)
Некоторые известные фирмы (IBM) выложили свои логотипы из молекул СО.
2

c
?Alexander Avdoshin (RealChemistry)
А так же картинки танцующего мальчика:
3