Туннельные и барьерные эффекты
Прохождение частицы через потенциальный барьер, когда ее энергия меньше высоты барьера. Прохождение микрочастиц через потенциальные барьеры. Парадоксальность "туннельного эффекта". Холодная эмиссия электронов из металла. Квазистационарные состояния.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 21.11.2014 |
| Размер файла | 1,6 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Теперь уже совсем нетрудно понять причину ионизации атомов полем. При включении поля получается барьер, через который электроны проникают во внешнее пространство. Если высота барьера Uт меньше энергии электрона, то частицы будут проходить («над барьером») и по классической механике. Поэтому и классическая механика приводит к возможности ионизации атома внешним электрическим полем. Различие заключается лишь в том, что по законам квантовой механики эта ионизация должна наступать при меньших полях, нежели это предписывается механикой классической, так как, согласно квантовой механике, для возможности ионизации не нужно, чтобы барьер оказался ниже энергии электрона. Ясно, однако, что при малых полях барьер будет очень широким и прозрачность его будет очень мала.
Явление автоионизации можно наблюдать таким образом: допустим, что мы наблюдаем какую-либо спектральную линию, обусловленную электронным переходом из состояния Е` в Ео (см. рис. 6. 1). По мере увеличения электрического поля эта линия будет смещаться (Штарк - эффект), и если поле достигнет столь большой величины, что прозрачность барьера будет велика, то электрон в состоянии Е` будет чаще вылетать из атома, проходя через барьер (ионизация), нежели падать в нижнее состояние (Ео), излучая свет. Благодаря этому спектральная линия будет слабеть, пока, наконец, совсем не исчезнет. Это явление можно наблюдать на бальмеровской серии атомного водорода.
Для того чтобы иметь возможность проследить действие электрического поля различной напряженности, устраивают так, что различные части спектральной линии обусловливаются светом, исходящим от атомов, находящихся в полях различной силы. Именно, в объеме светящегося газа электрическое поле возрастает в направлении, параллельном щели спектроскопа (до некоторого предела, достигнув которого оно вновь
Рис 6.2 Расщепление спектральных линий бальмеровской серии при больших электрических полях
падает). На фотографии (см. рис. 6.2) рис приведены результаты подобного опыта. Буквами в, г, д, е, ж, обозначены линии серии Бальмера ( Нв -- переход n = 4 > n = 2, Нг -- переход n = 5 > n = 2, Нд -- переход n = 6 > n = 2 и Не -- переход n = 7 > n = 2 ). Приложенное электрическое поле растет снизу вверх. Белые линии на фотографии суть линии одинаковой напряженности поля. Из фотографии видно, что линии сначала расщепляются. Это расщепление увеличивается по мере роста поля (из расщепления линии Нв легко видеть положение линии максимальной напряженности поля). При некоторой напряженности поля спектральная линия исчезает.
Сравнение линий в, г, д, е, показывает, что они исчезают в последовательности е, д, г (при достигнутых полях в полностью не исчезает). Это есть последовательность возрастания энергии возбужденного состояния. Из рис, 6.1 явствует, что чем выше энергия электрона, тем меньше при заданном поле ширина и высота барьера, т. е. тем больше его прозрачность. Таким образом, наблюдающаяся последовательность в исчезновении спектральных линий вполне соответствует нашему толкованию этого явления как результата туннельного эффекта. То обстоятельство, что красные компоненты расщепленных линий исчезают раньше фиолетовых, также получает полное разъяснение при более детальном рассмотрении волновых функций электрона. Именно, состояния, отвечающие линиям, смещенным в красную сторону, обладают тем свойством, что в них интенсивность электронного облака больше в области барьера, нежели в состояниях для фиолетовых компонент. Благодаря этому ионизация протекает более благоприятным образом.
Сформулируем несколько детальнее те условия, при которых следует ожидать исчезновений спектральной линии в электрическом поле. Пусть вероятность оптического перехода электрона в нижнее состояние будет 1/ф (ф --время жизни в возбужденном состоянии). Время жизни электрона в возбужденном состоянии ф ? 10 -8 сек. Вероятность перехода электрона в нижнее состояние в 1 сек будет 1/ф. Вероятность туннельного эффекта (ионизации) будет равна (так же, как и. при расчете радиоактивного распада) числу ударов электрона о внутреннюю стенку потенциального барьера в 1 сек, умноженному на коэффициент прозрачности D. Число ударов о барьер по порядку величины равно v/2r0, где v -- скорость электрона, а r0-- радиус барьера, примерно равный радиусу орбиты а. Скорость равна, опять-таки по порядку величины , где |Е| --энергия электрона, a м--его масса.
Следовательно,сек -1 (6.2)
(так как.Следовательно, вероятность автоионизации равна 1016D сек-1. Чтобы преобладала автоионизация (условие исчезновения спектральной линии), нужно, чтобы 1/ф <D · 1016, т.е. D>10-8.
туннельный барьер эмиссия квазистационарный
Список литературы
1. Матвеев А.Н. Оптика. М.: Высш. шк., 1985. 16-18.
2. Блохинцев Д.И. Основы квантовой механики. М.: Наука, 1976. Гл. XVI.
3. Делоне Н.Б., Крайнов В.П. // Успехи физ. наук. 1998. Т. 168. С. 531.
4. “Туннельные диоды и их применение”, Р.В. Гострем, Г.С. Зиновьев, Новосибирск 1964.
5. “Полупроводниковые диоды. Параметры, методы измерений”, под ред. Н.Н. Горюнова, Ю.Р. Носова, изд. «Совестское радио», 1968.
6. “Физика полупроводниковых приборов”, Г.А. Розман, Псков 1994.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Прямоугольный потенциальный барьер. Туннельный эффект как квантовый переход системы через область движения, запрещённую классической механикой. Кажущаяся парадоксальность данного эффекта. Вырывание электронов из металла. Контактная разность потенциалов.
курсовая работа [3,2 M], добавлен 26.02.2010Соотношения неопределенностей Гейзенберга. Формулировка уравнения Шредингера. Частица в потенциальной яме. Ее прохождение через потенциальный барьер. Основные свойства, излучение и поглощение атома водорода. Движение электронов по заданным орбитам.
реферат [1,8 M], добавлен 21.03.2014Изучение движения свободной частицы. Частица в одномерной прямоугольной яме с бесконечными внешними стенками. Гармонический осциллятор. Прохождение частиц сквозь потенциальный барьер. Туннельный эффект. Качественный анализ решений уравнения Шредингера.
презентация [376,0 K], добавлен 07.03.2016Плотность обратного тока диода Шотки на основе структуры "алюминий-кремний" при обратном смещении. Концентрация электронов в кремнии при заданной температуре. Потенциальный барьер за счет эффекта Шотки, его высота. Ток насыщения и площадь контакта.
контрольная работа [286,0 K], добавлен 15.04.2014Классификация и типы эмиссии электронов из проводников: термоэлектронная, холодная и взрывная, фотоэлектронная. Контактные явления на границе раздела двух проводников, их характеристика и физическое обоснование, главные влияющие факторы и значение.
презентация [1,7 M], добавлен 13.02.2016Особенности газовой среды. Средняя длина свободного пробега частиц в газе. Энергия электронов в кристалле. Электрические свойства кристаллов. Движение электронов в вакууме в электрическом и магнитных полях. Электростатическая (автоэлектронная) эмиссия.
курсовая работа [343,0 K], добавлен 08.12.2010Основные подходы к классификации элементарных частиц, которые по видам взаимодействий делятся на: составные, фундаментальные (бесструктурные) частицы. Особенности микрочастиц с полуцелым и целым спином. Условно истинно и истинно элементарные частицы.
реферат [94,8 K], добавлен 09.08.2010Рассмотрение процесса взаимодействия ионов с твёрдыми телами. Изучение характеристик электронной эмиссии, а также ионной бомбардировки. Зависимость выхода электронов из твёрдого тела от кинетической и потенциальной энергии бомбардирующих частиц.
реферат [1,7 M], добавлен 09.11.2014Дуализм в оптических явлениях. Недостатки теории Бора. Дифракция частиц, рассеяние микрочастиц (электронов, нейтронов, атомов) кристаллами или молекулами жидкостей и газов. Опыты по дифракции частиц. Корпускулярно-волновой дуализм микрочастиц вещества.
презентация [4,8 M], добавлен 07.03.2016Полупроводники n- и p-типа, методы получения и их зонные диаграммы. Основные и неосновные носители зарядов. Прохождение тока через полупроводники с разным типом проводимости. Виды транзисторных технологий, методика изготовления и область применения.
реферат [756,9 K], добавлен 28.07.2010Прохождение тока через электролиты. Физическая природа электропроводности. Влияние примесей, дефектов кристаллической структуры на удельное сопротивление металлов. Cопротивление тонких металлических пленок. Контактные явления и термоэлектродвижущая сила.
реферат [24,0 K], добавлен 29.08.2010Лучи Беккереля действуют на фотопластинку, проходят через чёрную бумагу и слои металла небольшой толщины. Различие между лучами Рентгена и Беккереля. О свойствах радиоактивного излучения. Энергия, излучаемая радием. Альфа-, бета- и гамма- лучи.
реферат [845,5 K], добавлен 19.03.2008Вакуум - состояние газа при давлении меньше атмосферного. Поток электронов в вакууме как разновидность электрического тока. Явление термоэлектронной эмиссии, его применение. Вакуумный диод (двухэлектродная лампа). Вольтамперная характеристика диода.
реферат [187,2 K], добавлен 24.10.2008Электрический ток в полупроводниках. Образование электронно-дырочной пары. Законы электролиза Фарадея. Прохождение электрического тока через газ. Электрическая дуга (дуговой разряд). Молния - искровой разряд в атмосфере. Виды самостоятельного разряда.
презентация [154,2 K], добавлен 15.10.2010Теорема Ферма о необходимом условии экстремума. Роль принципа Ферма в оптике. Пример его в объяснении некоторых физических явлений. Вывод законов преломления и отражения лучей света. Прохождение световой волны через однородные и неоднородные среды.
реферат [306,7 K], добавлен 03.08.2014Поляризация при отражении и преломлении. Интерференция поляризованного света. Эллиптическая и круговая поляризация электромагнитной волны. Прохождение линейно поляризованного света лазера через вращающийся поляроид. Явление искусственной анизотропии.
презентация [4,0 M], добавлен 07.03.2016Вывод первого начала термодинамики через энергию. Уравнение состояния идеального газа, уравнение Менделеева-Клапейрона. Определение термодинамического потенциала. Свободная энергия Гельмгольца. Термодинамика сплошных сред. Тепловые свойства среды.
практическая работа [248,7 K], добавлен 30.05.2013Сущность внутреннего фотоэффекта. Фотопроводимость при наличии поверхностной рекомбинации и диффузии носителей заряда. Эффект Дембера. Измерение фотоэлектромагнитного эффекта. Особенности p-n переходов в полупроводниках, барьер Шоттки для электронов.
курсовая работа [788,8 K], добавлен 27.11.2013Понятие p-n перехода и методы его создания. Резкие и плавные p-n переходы, их зонные диаграммы. Зонная диаграмма несимметричного p-n перехода. Потенциальный барьер и распределение контактного потенциала. Методика расчета вольт-амперной характеристики.
курсовая работа [566,6 K], добавлен 19.12.2011Понятие об оптическом волокне. Прохождение светового излучения через границу раздела сред, а также в оптических волокнах, определение окон прозрачности. Стабильность мощности лазерного излучения. Принципы измерения мощности на разных длинах волн.
курсовая работа [832,5 K], добавлен 07.01.2014
