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Tunelamento Quântico

1927
  • Friedrich Hund
Microscópio de tunelamento de varredura em um ambiente de laboratório demonstrando os princípios de tunelamento quântico.

(Imagem gerada apenas para fins ilustrativos)

Um fenômeno da mecânica quântica onde uma função de onda pode se propagar através de uma barreira de energia potencial. Classicamente, uma partícula sem energia suficiente para ultrapassar uma barreira seria refletida. No entanto, devido à natureza ondulatória das partículas, existe uma probabilidade não nula de que a partícula possa aparecer do outro lado da barreira, efetivamente realizando um "tunelamento" através dela.

O tunelamento quântico é uma consequência direta de Heisenberg O princípio da incerteza e a natureza probabilística da localização de uma partícula são descritos por sua função de onda. Quando a função de onda de uma partícula encontra uma barreira de potencial, ela não cai abruptamente para zero. Em vez disso, decai exponencialmente dentro da barreira. Se a barreira for suficientemente fina, a função de onda pode ter uma amplitude pequena, mas não nula, do outro lado. Como a probabilidade de encontrar a partícula está relacionada ao quadrado da amplitude da função de onda, existe uma probabilidade finita de a partícula ser detectada do outro lado da barreira.

A probabilidade de tunelamento diminui exponencialmente com a espessura da barreira, a raiz quadrada da altura da barreira e a massa da partícula. É por isso que o tunelamento é significativo para partículas microscópicas como elétrons, mas desprezível para objetos macroscópicos. Por exemplo, na fusão nuclear no Sol, os prótons não têm energia térmica suficiente para superar a repulsão eletrostática mútua (a Coulomb A fusão nuclear só é possível porque os prótons conseguem atravessar essa barreira por tunelamento, permitindo que a força nuclear forte os mantenha unidos. De forma semelhante, o microscópio de tunelamento por varredura (STM) funciona medindo a corrente de tunelamento de elétrons entre uma ponta metálica afiada e a superfície da amostra, possibilitando a obtenção de imagens com resolução atômica.

UNESCO Nomenclature: 2210
Física Quântica

Tipo

Sistema abstrato

Interrupção

Substancial

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • Schrödinger equação (1926)
  • Dualidade onda-partícula
  • Estudos de radioatividade (decaimento alfa)
  • Princípio da incerteza de Heisenberg (1927)

Aplicações

  • microscópio de tunelamento de varredura (STM)
  • diodos túnel em eletrônica
  • memória flash (transistores de porta flutuante)
  • nuclear fusion in stars
  • decaimento alfa de núcleos atômicos

Patentes:

NA

Ideias de Inovação Potencial

  • 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
Relacionado a: tunelamento quântico, função de onda, barreira de potencial, microscópio de tunelamento de varredura, fusão nuclear, decaimento alfa, mecânica quântica, probabilidade.

Contexto histórico

Tunelamento Quântico

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1927
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1930
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(Caso a data seja desconhecida ou irrelevante, por exemplo, "mecânica dos fluidos", é fornecida uma estimativa aproximada de seu surgimento notável)

10º ano aniversário

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