トンネル効果とは?

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トンネルこうか -かうくわ [5] 【トンネル効果】

古典力学では粒子ポテンシャルの山を越えるのにはその極大値より高いエネルギーをもたねばならないが,量子力学ではこれより低い運動エネルギーでも山の向こう抜け確率があることをいう。原子核α 崩壊や,トンネル-ダイオードなどに見られる

トンネル効果

読み方トンネルこうか
別名:量子トンネル効果
【英】tunneling, Quantum tunneling

トンネル効果とは、量子力学分野で、エネルギー的に通常超えることのできない領域粒子一定の確率通り抜けてしまう現象のことである。

古典的解釈では、物質運動ポテンシャル障壁呼ばれる壁に入射すると、衝突して完全に遮られる。しかし原子レベルでは、原子電子の持つエネルギー不確定であるため、ポテンシャル障壁よりもエネルギー大きくなり、結果として障壁透過してしまうことがあるこのような性質がトンネル効果と呼ばれている。例え原子核アルファ崩壊もトンネル効果によって説明できる。

トンネル効果は、物理学者江崎玲於奈によって発見された。この発見によって江崎氏は1973年ノーベル物理学賞授与されている。

トンネル効果を応用した製品としてはトンネルダイオード挙げることができる。トンネルダイオードは、ある電圧領域において電圧をかければかけるほど電流流れにくくなる特性負性抵抗)を利用して、マイクロ波のような超高周波領域発振増幅を行うためのダイオード活用されている。その他、走査型トンネル顕微鏡などにも応用されている。


参照リンク
トンネル効果 - (九州大学大学院理学研究院
ツェナーダイオードのトンネル電流 - (図説半導体/電子・デバイス物理
情報と社会のほかの用語一覧
医療・科学:  超電導マグネット  ドライアイ  トリクロロエチレン  トンネル効果  VCCI  VDT症候群  有機化合物

トンネル効果

量子論の不思議を「アルファ崩壊の理論」が解明

物質物質を近づけていくと、1番近いところにあるお互い物質原子同士どこかでまず接触します。そのとき、この原子外側にある電子は、それ自体が持つ波動性質によって少しずつ相手原子に浸み込んでいきます。この現象をトンネル効果といい、1928年ビッグバン理論発表する前のジョージ・ガモフが「アルファ崩壊理論」で論じたものです。

エネルギー的に行けないところへ粒子が現われる

コップの中のは、コップの壁を乗り越えるエネルギーが持っていないため、自分では外に流れ出せません。ところが、ミクロの世界では、エネルギー的には行けない所に粒子現れることがあります。たとえば、ラジウムなどの放射性元素は、アルファ粒子という粒子原子核内部から表面通って外に飛び出すことがあります。これを原子核アルファ崩壊といいます。

粒子のもつ波の性質がトンネル効果を引き起こす

粒子にとっては、表面は壁のようなもので、原子核内の粒子表面張力振り切って外に出るだけのエネルギーを持っていないはずなのに、量子力学によれば粒子は波の性質持っているので、その波が壁を通してわずかに外にしみ出すため、粒子が外に出てくるのです。あたかも山に掘ったトンネル通って粒子が外に出るように見えるので、このような現象一般にトンネル効果とよぶわけです。

さまざまな分野に応用されるトンネル効果

粒子があるポテンシャル(電位)を透過する確率は、粒子質量小さくポテンシャルの高さが低く、なおかつポテンシャルの幅が薄いほど大きくなります。粒子の例として電子考え場合、このトンネル効果はポテンシャルの幅が1nm(ナノメートル1/10億m)になったときに顕著になります。普通、空気中にある金属の表面は薄い酸化膜(電気絶縁体)で覆われていますが、電線接続したとき、ほとんど接続抵抗なしに電流流れるのはこの効果のためです。トンネル効果を利用した素子としてはエサキダイオードジョセフソン接合素子などがありますまた、トンネル効果を応用したもの走査型トンネル顕微鏡あります




トンネル効果

出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』 (2014/06/28 12:31 UTC 版)

トンネル効果(トンネルこうか、: quantum tunneling)は、非常に微細な世界にある粒子が、古典的には乗り越えることができないポテンシャルエネルギー)障壁を、量子効果すなわち、時間とエネルギーとの不確定性原理により乗り越えてしまう(透過してしまう)現象。量子トンネル効果ともいう。




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