Utazások alagúteffektussal

Az előadások a következő témára: "Utazások alagúteffektussal"— Előadás másolata:

1 Utazások alagúteffektussal
Vancsó Péter, Márk Géza István MTA Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Kutatóintézet, Budapest

2

3 A potenciális energia (1)
Klasszikus mechanikában: ha ismerjük az F erőteret, ki tudjuk számítani a tömegpont gyorsulását az F=ma mozgásegyenletből.

4 A potenciális energia (2)
Konzervatív erőtér esetén („ha nincs súrlódás”): Emech = Emozg + Epot Epot Emech Emozg x

5 A potenciális és a kinetikus energia játéka
Click into image to start animation

6 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!

7 Az alagútjelenség Az alagutazás valószínűsége
Nem tud átjutni a falon – klasszikus mechanika Át tud jutni a falon – kvantummechanika Az alagutazás valószínűsége Makroszkopikus testekre PICI Nanoméretű testekre NAGY

8 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!

9 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

10 Alagútjelenség: példa (3)
A flash memória alagúteffektussal működik

11 Méretskálák

12 A fizika skálái TÉR 1 Angstrom = 10-10 m 1 m 10 millió km = 1010 m IDŐ
1 femto sec = s 1 s 31 millió év = 1015 s TÖRVÉNYEK Kvantum Klasszikus

13 Mivel tudunk vizsgálódni a nanométeres tartományban?
Click into image to start animation Pásztázó alagút mikroszkóp (STM) Nobel díj: 1986

14 „Legó” atomokkal

15 Kvantummechanika szemléltetése: kétréses kísérlet – klasszikus eset
Teniszlabda

16 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

17 Az anyag hullámtermészete

18 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.

19 Schrödinger egyenlet: a kvantummechanika mozgásegyenlete
Hamilton operátor idő helyvektor idő deriválás hullámfüggvény Az elméleti fizika számára általában túl bonyolultak a nanorendszerek A nanovilág számítógépes szimulációja segíthet!!!

20 A hullámcsomag dinamikai módszer
Bejövő hullámcsomag Szórt Szóráskísérlet a számítógépben Rendszer Abs(Psi)2

21 Az alagútjelenség a hullámcsomag dinamikában
A r(x,y;t) megtalálási valószínűség

22 STM alagutazás modellezése
Szén nanocsővek

23 Az elektronnak keresztül kell mennie a nanocsövön.
STM modell STM tű nanocső hordozó Akkor mérünk alagútáramot, ha az elektron a tűből a mintába alagutazik. Az elektronnak keresztül kell mennie a nanocsövön.

24 Egy szintfelület időfejlődése
STM tű nanocső hordozó Az elektron a tűből indul A szintfelület ábrázolási dobozon belüli részét látjuk. Click into image to start animation

25 Web-Schrödinger Internet Internet Internet Internet Web browser
Client computer Internet Web browser Web server Internet Client computer Calculation server Internet Web browser Client computer Internet Web browser Client computer

26 Web-Schrödinger használata
Potenciál megadása Kezdő Y hullámfüggvény megadása Y időfejlődés kiszámolása (szerver) Időfejlődés ábrázolása

27 Web-Schrödinger példa

28 Web-Schrödinger példa

29 További tudnivalók az alagutazásról
Dávid Gyula (DGy) előadása az ELTE „Atomoktól a Csillagokig” sorozatában A fóliák és a videofelvétel elérhető itt:

30 Köszönöm a figyelmet!