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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’.

Quantum tunneling is a direct consequence of the Heisenberg uncertainty principle and the probabilistic nature of a particle’s location described by its wavefunction. When a particle’s wavefunction encounters a potential barrier, it does not abruptly drop to zero. Instead, it decays exponentially inside the barrier. If the barrier is thin enough, the wavefunction can have a small but non-zero amplitude on the other side. Since the probability of finding the particle is related to the square of the wavefunction’s amplitude, there is a finite probability of the particle being detected on the far side of the barrier.

The probability of tunneling decreases exponentially with the thickness of the barrier and the square root of the barrier’s height and the particle’s mass. This is why tunneling is significant for microscopic particles like electrons but negligible for macroscopic objects. For example, in nuclear fusion within the Sun, protons do not have enough thermal energy to overcome their mutual electrostatic repulsion (the Coulomb barrier). Fusion is only possible because the protons can tunnel through this barrier, allowing the strong nuclear force to bind them together. Similarly, the scanning tunneling microscope (STM) works by measuring the tunneling current of electrons between a sharp metallic tip and a sample surface, allowing for imaging with atomic resolution.

UNESCO Nomenclature: 2210
- Physique quantique

Taper

Système abstrait

Perturbation

Substantiel

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • Schrödinger equation (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)
  • la fusion nucléaire dans les étoiles
  • désintégration alpha des noyaux atomiques

Brevets:

NA

Idées d'innovations potentielles

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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

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1931

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

Inventions, innovations et principes techniques connexes

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