Attraverso una barriera proibita

Come si trasmette una particella sotto l’energia della barriera?

Come si trasmette una particella sotto l’energia della barriera?

  1. Imposta E=1 eV, barriera 4 eV e spessore 0.2 nm.
  2. Aumenta lo spessore a passi di 0.05 nm.
  3. Aumenta E restando sotto la barriera.

Che cosa misurare

Unità e definizioni dei parametri sono indicate accanto ai controlli e alle misure.

L’idea alla base

Per E sotto una barriera rettangolare finita, la funzione d’onda decade esponenzialmente invece di annullarsi. Raccordare funzione e derivata ai bordi dà probabilità di trasmissione non nulla. La misura usa la formula esatta della barriera rettangolare 1D; l’inviluppo illustra l’evanescenza. Un piccolo aumento dello spessore può ridurre la trasmissione di ordini di grandezza. Non si prende energia in prestito: l’energia trasmessa resta quella incidente.

κ=√(2m(V₀−E))/ℏ · T=[1+V₀²sinh²(κa)/(4E(V₀−E))]⁻¹

Unità e definizioni dei parametri sono indicate accanto ai controlli e alle misure.

Costruisci il ragionamento

  1. Definisci potenziale e condizioni al contorno, poi risolvi o approssima l’equazione di Schrödinger.
  2. Normalizza la funzione d’onda in modo che l’integrale di |ψ|² sia uno.
  3. Interpreta le distribuzioni misurabili tramite |ψ|²; il colore indica ampiezza con segno o fase solo dove specificato.

Esempio svolto 1

A E=1 eV, V₀=4 eV e a=0.2 nm, T≈8.45%.

Esempio svolto 2

La costante di decadimento è circa 8.87 nm⁻¹ per V₀−E=3 eV.

Applicazioni

Confinamento, effetto tunnel e orbitali sono alla base di semiconduttori, microscopi a effetto tunnel e spettroscopia atomica. La scena mostra probabilità o ampiezza, mai un’orbita classica nascosta.

Errore comune

Una nube di probabilità non è uno sciame di elettroni. Segno o fase della funzione d’onda differiscono dalla densità di probabilità. Sono modelli ideali a una particella.

Un’indagine ulteriore

Aumentare lo spessore della barriera rende la trasmissione…

Verifica la comprensione

Aumentare lo spessore della barriera rende la trasmissione…

  • Minore
  • Maggiore
  • Esattamente uno
Spiegazione

La regione evanescente cresce e la trasmissione è fortemente ridotta.

Limiti del modello

Elettrone stazionario non relativistico; barriera rettangolare ed E<V₀; inviluppo illustrativo, non soluzione temporale dello scattering.

OpenStax · Quantum tunnelling