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Tunnel quantique

1927
  • Friedrich Hund
Microscope à effet tunnel dans un laboratoire démontrant les principes de l'effet tunnel quantique.

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

Phénomène de mécanique quantique où une fonction d'onde peut se propager à travers une barrière d'énergie potentielle. Classiquement, une particule qui n'a pas l'énergie suffisante pour franchir une barrière est réfléchie. Toutefois, en raison de la nature ondulatoire des particules, il existe une probabilité non nulle que la particule apparaisse de l'autre côté de la barrière, en la traversant effectivement par un ‘tunnel’.

L'effet tunnel quantique est une conséquence directe de l'effet tunnel quantique. Heisenberg Le principe d'incertitude et la nature probabiliste de la localisation d'une particule décrite par sa fonction d'onde. Lorsque la fonction d'onde d'une particule rencontre une barrière potentielle, elle ne tombe pas brusquement à zéro. Au contraire, elle décroît exponentiellement à l'intérieur de la barrière. Si la barrière est suffisamment fine, la fonction d'onde peut avoir une amplitude faible mais non nulle de l'autre côté. Étant donné que la probabilité de trouver la particule est liée au carré de l'amplitude de la fonction d'onde, il existe une probabilité finie de détecter la particule de l'autre côté de la barrière.

La probabilité d'un effet tunnel diminue exponentiellement avec l'épaisseur de la barrière et la racine carrée de la hauteur de la barrière et de la masse de la particule. C'est pourquoi le phénomène de tunnel est important pour les particules microscopiques comme les électrons, mais négligeable pour les objets macroscopiques. Par exemple, dans la fusion nucléaire au sein du Soleil, les protons n'ont pas assez d'énergie thermique pour surmonter leur répulsion électrostatique mutuelle (le "tunnel"). Coulomb ). La fusion n'est possible que parce que les protons peuvent traverser cette barrière, ce qui permet à la force nucléaire forte de les lier ensemble. De même, le microscope à effet tunnel (STM) fonctionne en mesurant le courant de tunnel des électrons entre une pointe métallique acérée et la surface d'un échantillon, ce qui permet de réaliser des images avec une résolution atomique.

UNESCO Nomenclature: 2210
- Physique quantique

Taper

Système abstrait

Perturbation

Substantiel

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • Schrödinger équation (1926)
  • Dualité onde-particule
  • Études de la radioactivité (désintégration alpha)
  • Principe d'incertitude de Heisenberg (1927)

Applications

  • microscope à effet tunnel (STM)
  • diodes tunnel en électronique
  • mémoire flash (transistors à grille flottante)
  • nuclear fusion in stars
  • désintégration alpha des noyaux atomiques

Brevets:

NA

Idées d'innovations potentielles

  • tunneling-based dna sequencing technology
  • ultra-low power electronics using tunnel field-effect transistors (TFETs)
  • quantum-tunneling-based chemical sensors for detecting single molecules
  • energy harvesting devices based on electron tunneling
  • next-generation non-volatile memory with higher density and speed
  • controlled initiation of chemical reactions by tunneling
  • terahertz frequency oscillators
  • quantum-dot solar cells with enhanced efficiency via tunneling
En rapport avec : effet tunnel quantique, fonction d'onde, barrière potentielle, microscope à effet tunnel, fusion nucléaire, désintégration alpha, mécanique quantique, probabilité.

Contexte historique

Tunnel quantique

1925
1926
1927
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1930
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1925
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(si la date est inconnue ou non pertinente, par exemple « mécanique des fluides », une estimation arrondie de son émergence notable est fournie)

10e année anniversaire

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