¿Cómo se puede estudiar el efecto de túnel en la mecánica cuántica?

Consideremos que una partícula de energía ‘E’ incide en una barrera potencial de altura “V”. Ahora, según la mecánica clásica, si E> V, significa que la partícula tiene suficiente energía para cruzar la barrera, por lo que el coeficiente de transmisión sería 1 y el coeficiente de reflexión sería cero y se conoce como región clásica permitida.

Sin embargo, si E <V, significa que la partícula no tiene suficiente energía para cruzar la barrera, por lo que se reflejaría, el coeficiente de reflexión sería 1 y el coeficiente de transmisión sería cero y se conoce como región prohibida clásica.

Por otro lado, si tratamos este sistema de acuerdo con las leyes de la mecánica cuántica, entonces si E> V, significa que la partícula puede cruzar la barrera, pero hay una probabilidad finita de que la partícula se refleje en la región clásica permitida. Esto se debe a la naturaleza ondulatoria de las partículas.

Sin embargo, si E <V , la partícula no tiene energía finita para cruzar la barrera, a pesar de que tenemos una probabilidad de transmisión finita en la región prohibida clásica, y la probabilidad de transmisión varía como un exponencial del ancho de la barrera. Este fenómeno se conoce como túnel cuántico.

La forma en que lo hice en mi tarea de física hizo uso de una maravillosa pieza de kit llamada composite de túnel cuántico ( QTC ). Básicamente está formado por muchas nanopartículas conductoras puntiagudas incrustadas en un polímero no conductor para aislarlas y eliminar cualquier camino conductor. En condiciones normales, es un aislante muy efectivo, pero bajo suficiente presión su resistencia cae a solo unos pocos ohmios. Esto se debe a que la aplicación de presión al material acerca las nanopartículas, lo que resulta en un aumento en la probabilidad de un túnel de electrones entre dos nanopartículas adyacentes. La medición de la resistencia de una muestra QTC en relación con la presión que actúa sobre ella muestra que la resistencia disminuye exponencialmente con la presión, por lo que la probabilidad de túnel aumenta exponencialmente con la distancia decreciente (o ancho de barrera, para usar el término técnico). Este es un procedimiento macroscópico bastante simple que demuestra:

• Túneles es una cosa

• Solo se nota en distancias realmente pequeñas

Hay otros experimentos por ahí, puedes encontrar un par de chicos con un poco de Perspex y un emisor de microondas haciendo un túnel cuántico en YouTube.

Puedo recomendar un par de páginas que brindan información sobre QTC y la tunelización cuántica:

http://www.nanolab.unimore.it/en… (QTC)

Túnel cuántico y el principio de incertidumbre

Podría crecer una heteroestructura vertical de semiconductores, hacer contactos eléctricos y medir la corriente en función del voltaje aplicado. Los resultados se pueden comparar con simulaciones mecánicas cuánticas de las curvas de corriente vs voltaje.

Existen muchos productos que utilizan heteroestructuras de semiconductores, incluidos láseres y circuitos integrados de comunicación.

More Interesting

Mecánica cuántica: ¿Cómo puede medir algo cambiar las propiedades de la cosa que se está midiendo?

¿Por qué dejamos de ver el comportamiento cuántico de objetos más grandes que una molécula pequeña?

¿Qué libros debo leer para aprender más sobre física cuántica?

¿Cuáles son las secuencias de onda?

¿Es posible aprender mecánica cuántica con una sólida formación en matemáticas pero casi sin experiencia en mecánica clásica, aparte de la física newtoniana básica?

Óptica: ¿Por qué las fuentes de fotones individuales se denominan "anunciadas"?

¿Cómo o por qué hay diferentes tamaños de soles en el universo? Parece que el tamaño de todos los soles debería ser una constante.

¿Cómo se define la 'velocidad (v)' en la mecánica cuántica?

¿Cuál es el problema más interesante en mecánica clásica que has encontrado?

Debido a la mecánica cuántica, ¿existe una probabilidad distinta de cero de que una gran cantidad de fotones pueda golpear tu cabeza en cualquier momento y matarte?

¿Cuáles fueron los efectos de la mecánica cuántica en la formación de las fuerzas fundamentales?

¿Qué dice el número cuántico +1/2 y -1/2 para un espín electrónico? ¿Indica la dirección del giro? Si es así, ¿en qué dirección?

¿Qué significa cuando los físicos dicen que las fuerzas gravitacionales, electromagnéticas, fuertes y débiles se unificaron en una sola durante el Big Bang?

¿El colapso de la función de onda es estadísticamente determinista?

¿La energía del punto cero tiene un valor constante para todos los campos cuánticos o cada campo tiene el suyo?