300 likes | 391 Views
Utazások alagúteffektussal. Vancs ó Péter, Márk Géza István MTA Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Kutatóintézet , Budapest. http://www.nanotechnology.hu. www.nanotechnology.hu. A potenciális energia (1). Klasszikus mechanikában: ha ismerjük az
E N D
Utazások alagúteffektussal Vancsó Péter, Márk Géza István MTA MűszakiFizikaiésAnyagtudományiKutatóintézet, Budapest http://www.nanotechnology.hu
A potenciális energia (1) Klasszikus mechanikában: ha ismerjük az F erőteret, ki tudjuk számítani a tömegpont gyorsulását az F=ma mozgásegyenletből.
A potenciális energia (2) Konzervatív erőtér esetén („ha nincs súrlódás”):Emech = Emozg + Epot Epot Emech Emozg x
A potenciális és a kinetikus energia játéka Click into image to start animation
Klasszikusan tiltott tartomány Epot Emech Emozg x Az Epot>Emech tartományba nem tud behatolni a részecske, mert a tartomány szélén Emozg=0, v=0, tehát visszafordul!
Az alagútjelenség Nem tud átjutni a falon – klasszikus mechanika Át tud jutni a falon – kvantummechanika Az alagutazás valószínűsége Makroszkopikus testekre PICI Nanoméretű testekre NAGY
Alagútjelenség: példa (1) Mivel a fémfelületen oxidréteg van (szigetelő), a klasszikus mechanika szerint nem tudna áram folyni! De a kvantummechanika megmutatja, hogy a vékony oxidrétegen át tudnak alagutazni az elektronok – folyik az áram!
Alagútjelenség: példa (2) A Napban az energiát hidrogén fúzió termeli, ehhez kezdetben két hidrogén atommag egyesül, majd végül hélium keletkezik és energia. De az atommagok pozitív töltése taszítja egymás: a magok nem tudnak elég közel jutni egymáshoz – a Napban ehhez nincs elég meleg! Click into image to start animation Segít az alagúteffektus! Click into image to start animation
Alagútjelenség: példa (3) A flash memória alagúteffektussal működik
A fizika skálái TÉR 1 Angstrom = 10-10 m 1 m 10 millió km = 1010 m IDŐ 1 femto sec = 10-15 s 1 s 31 millióév = 1015 s TÖRVÉNYEK Kvantum Klasszikus
Mivel tudunk vizsgálódni a nanométeres tartományban? Click into image to start animation Pásztázó alagút mikroszkóp (STM) Nobel díj: 1986
Kvantummechanika szemléltetése:kétréses kísérlet – klasszikus eset Teniszlabda
Kvantummechanika szemléltetése:kétréses kísérlet – kvantumos eset Ezekre a helyekre sose megy az elektron! Középre is jut részecske! Ezekre a helyekre sose megy az elektron! Elektron forrás Fluoreszkáló ernyő Akadály két nyílással
A hullámfüggvény idő helyvektor hullámfüggvény A kvantummechanikai hullámfüggvény azt határozza meg, adott helyen és adott időpontban mekkora valószínűséggel és milyen fázissal található meg a részecske.
Schrödinger egyenlet:a kvantummechanika mozgásegyenlete Hamilton operátor idő helyvektor hullámfüggvény idő deriválás Az elméleti fizika számára általában túl bonyolultak a nanorendszerek A nanovilág számítógépes szimulációja segíthet!!!
A hullámcsomag dinamikai módszer Bejövő hullámcsomag Szórt hullámcsomag Szóráskísérlet a számítógépben Rendszer Abs(Psi)2
Az alagútjelenség a hullámcsomag dinamikában A r(x,y;t)megtalálási valószínűség
STM alagutazás modellezése Szén nanocsővek
STM modell STM tű nanocső hordozó Akkor mérünk alagútáramot, ha az elektron a tűből a mintába alagutazik. Az elektronnak keresztül kell mennie a nanocsövön.
Egyszintfelületidőfejlődése STMtű nanocső hordozó • Az elektron a tűből indul • A szintfelület ábrázolási dobozon belüli részét látjuk. Click into image to start animation
Web-Schrödinger Web browser Clientcomputer Internet Web browser Web server Internet Clientcomputer Calculation server Internet Web browser Clientcomputer Internet Web browser Clientcomputer
Web-Schrödinger használata • Potenciál megadása • Kezdő Y hullámfüggvény megadása • Y időfejlődés kiszámolása (szerver) • Időfejlődés ábrázolása
További tudnivalók az alagutazásról Dávid Gyula (DGy) előadása azELTE „Atomoktól a Csillagokig” sorozatában A fóliák és a videofelvétel elérhető itt: http://www.atomcsill.elte.hu/program/kivonat/2009-2010/3