Tunneliefekt

Tunneliefektiks ehk tunneleerumiseks nimetatakse mikroosakese läbiminekut potentsiaalibarjäärist. Tegemist on kvantmehaanika nähtusega, kus nt elektronid on suutelised läbima lõpliku paksuse ja kõrgusega potentsiaalibarjääri ehk potentsiaalse energia barjääri, sest omavad laineomadusi. Osakesed kas peegelduvad tagasi (tungides osaliselt barjääri sisse) või läbivad selle. Klassikalise teooria kohaselt on osakeste poolt barjääri läbimine võimatu. Mikroosakeste korral on see aga võimalik, olgugi et barjääri läbimise tõenäosus on üldiselt väike.^[1][2]

Kui vaadelda elektroni, mis on ainelaine, siis on sel lõplik tõenäosus lekkida või imbuda (öeldakse ka: tunneleeruda) läbi barjääri ja ilmuda välja selle vastasküljel. Tunneleerumine toimub olukorras, kus elektroni potentsiaalne energia E on barjäärile lähenedes suurem kui barjääri enda kõrgus ehk barjääri potentsiaalne energia U₀ (joonisel V₀ ), st kui E > U₀ , siis suudab elektron selle barjääri ületada.^[1][2][3]

Võime vaadelda lõpliku laiusega potentsiaalibarjääri ${\displaystyle U={\begin{Bmatrix}U_{0},0\leqslant x\leqslant a,\\0,x<0,x>a.\end{Bmatrix}}}$. Siin ${\displaystyle a}$ on potentsiaalibarjääri paksus. Piirkonnas x < 0 on barjäärile langevate ja sellelt peegeldunud osakeste voog, piirkonnas x > a saab olla vaid barjääri läbinud osakeste voog. Barjääri seest, piirkonnast 0 < x < a, on osakeste leidmise tõenäosus nullist erinev.

Tõenäosust iseloomustab tõenäosustihedus, mis leitakse Schrödingeri võrrandist arvutatud lainefunktsiooni abil; seega kasutatakse tunneliefekti olemasolu tõestamiseks Schrödingeri võrrandit.^[2]

Osakeste läbiminekut potentsiaalibarjäärist iseloomustab barjääri läbilaskvuskoefitsient, mis üldiselt sõltub nii barjääri kõrgusest kui ka barjääri laiusest. Potentsiaalibarjäärile võib omistada ka ainelaine läbitavusteguri T, mis iseloomustab tunneleerumise tõenäosust.^[4]