Efectul de tunel - enciclopedia chimice
Efectul de tunel. efect cuantic care constă în pătrunderea particulelor cuantice prin regiunea spațiu, într-un roi conform legilor clasice. fizica particulelor pentru a găsi interzise. Clasică. particule cu energie totală E, și fiind în potență. câmpul poate rămâne doar în acele regiuni ale spațiului în k-ryh energia totală a acestuia este mai mică decât potența. energie U interacțiune cu câmpul. Deoarece particulele cuantice val f-TION diferă de zero în întregul spațiu și probabilitatea de a găsi o particulă într-o regiune spațială definită definită de pătrat a undei Fct, apoi interzise (în termenii clasic. Mechanics) Regiunile de val nenul f-TION.
T efect unnelny al cărui este de a ilustra problema modelului particulei dimensionale în domeniul potențialului U (x) (x - coordonata unei particule). In cazul simetric dublu bine potențial (Fig. A) TION f undei trebuie să „se potrivesc“ în interiorul puțuri, t. E. Este un undă staționară. Invatati energie discretă. niveluri, la- situate sub bariera dintre potențialele minimelor formează o pereche strâns distanțate (aproape degenerate). Energetich diferență. nivelurile în pereche. numit. tunel de divizare mii m, această diferență se datorează faptului că soluția exactă a problemei (undei f-TION) pentru fiecare dintre stările cuantice ale materiei-sunt localizate în ambele minimele și toate soluțiile potențiale îndeplinesc nivelurile exacte nedegenerata (a se vedea. Degenerarea nivelurilor de energie). Probabilitatea efectului de tunel este determinat prin coeficientul de transmisie prin unda de barieră sub formă de pachete-ing pentru a descrie starea instabilă a particulei localizate într-una din potențial minimelor.
Curbe potenta. energie U (x) de particule într-un caz în care este supus la forța de atracție (a. - Două potențiale puțuri, -. un potențial pit), iar în cazul în care particula este acționat forță repulsivă (potențial repulsiv, c). E este energia totală a particulei, x - coordonate. linii subțiri reprezintă val Fct.
Potența. câmp cu un minim local (Fig. b) pentru particule cu energie E, mai mare potențialul de interacțiune cu c =, energetich discret. nici un stat, dar există o mulțime de stări cvasistaționară în marile atribute-k ryh. probabilitatea de a găsi o particulă aproape de minim. Pachetele de undă corespunzătoare respectivei stări cvasistationar descrie stări cuantice metastabile; pachetele val răspândit și dispar după efectul Corolar-tunel. Aceste stări sunt caracterizate prin durata de viață (probabilitate descompunere) și o energetich lățime. nivel.
Pentru o particulă într-un potențial repulsiv (Fig. C), sub formă de pachete de undă care descriu starea inconstant pe o parte a potenței. barieră, chiar dacă energia particulelor în această stare este mai mică decât înălțimea barierei poate cu o anumită probabilitate (numită. probabilitate de penetrare a tunelurilor sau probabilitate) trec prin cealaltă. parte a barierei.
Naib. important pentru chimie efect manifestări tunel: 1) separarea tunel de kolebat discrete. vârtejul. și-electron-lebat. niveluri. kolebat de despicare. nivelurile în moleculele cu mai multe. echilibru echivalent configurație nucleară - este inversiunea dublare (în molecule, cum ar fi amoniacul), despicarea nivelelor în moleculele cu ext împiedicată steric. rotație (etan. toluen) sau molecule nerigidă. pentru care vnutrimol admisibile. rearanjare conducând la configurații de echilibru echivalente (de ex. PF5). În cazul scurgerii. Minime echivalente pe suprafața potențială de energie sunt separate printr-o potență. (De exemplu, configurații. Echilibru pentru dreapta și izomerii levorotatori ai moleculelor complexe) bariere, apoi o descriere adecvată a reale · mol. Sistemele se realizează printr-un val de pachete localizate. În acest caz, o pereche de minimelor-business delocalizat în două stări de echilibru sunt instabile sub influența unei foarte mici perturbații, formarea a două stări localizate într-un anumit minim.
Grupuri de despicare quasidegenerate învârtească. stări (adică. se numește. rotație și k l s t r e a c) se datorează tunelare mol. Sistemul între cartiere mai multe. axe staționare echivalente de rotație. Despicarea electron-kolebat. (Vibronice) Statele apare în cazul puternic Jahn - efect Teller. Cu divizare tunel datorită existenței zonelor formate de stările electronice individuale ale atomilor sau mol. fragmente în solide cu periodicitate. structură.
2) Fenomene transportului de particule și excitații elementare. Acest set de evenimente include o procese dependente de timp, descrie tranziții între stări discrete și degradarea stărilor cvasistaționară. Tranzițiile între stările discrete ale undelor f-tiile localizate în descomp. cel puțin un adiabatic. potențial corespunzător unei varietăți de produs chimic. p-tsiyam. Efectul de tunel este întotdeauna face o anumită contribuție la ING rata de p-TION, cu toate acestea, această contribuție este semnificativă doar la low-T pax când tranziția-superbarrier-lea de la inițială la starea finală este puțin probabil din cauza populației scăzute niveluri de energie corespunzătoare. Efectul de tunel este non-Arrehenius comportament r viteză -tsii; exemplu specific - pentru creșterea lanțului de sub-Reducere polimerizare solidă inițiată de formaldehidă. Viteza acestui proces pentru m-re aprox. 140 K descrisă satisfăcător prin ecuația Arrhenius cu o energie de activare de 0,1 eV. Cu toate acestea, atunci când m pax 12 K se atinge viteza de p-TION la cer nu depinde de m-turii determinat efectul de tunel, și este de mai multe ordine de mărime viteză mai mare la Rui ar fi de așteptat în același t-D, în ipoteza că mecanismul suprabarrier p-TION (vezi. cryochemistry).
Colapsul statelor metastabile este baza unui număr de fenomene. Acestea includ, în special, o descompunere (vezi. Radioactivitatea) kolebat. și vârtejul. Predissociation, atomii autoionization într-un electric puternic. ionizare domeniu de atomi și molecule într-un electromagnetic puternic. câmp. Tunelul trecerea electronilor de la un conductor (sau semiconductor) în celălalt prin stratul izolator (curentul de tunel) este macroscopic. efect datorită efectului de tunel. Acest fenomen stă la baza de scanare de microscopie de tunelare solidele.
Lit. Gol'danskii VI Trachtenberg LI Flerov VP fenomenelor de tunelare in fizica chimica. M. 1986; Mecanica Landau L. D. Leaf cacă E. M. Quantum. Teoria non-relativistă, 4a ed. M. 1989.