Stenou: Tunelový efekt v makrokozme

Nezáleží na tom, či ste sa skutočne pokúsili dostať cez stenu, to je nemožné. Pre nás - ale nie pre elementárne častice, ktoré sú schopné niečo podobné, keď sa prejaví efekt tunela.

Predstavte si napríklad elektrón v určitom energetickom stave, ako je guľa ležiaca vo výklenku vlnitého povrchu. Aby skočil cez sedmokrásky a ocitol sa v inej priehlbine, potrebuje energiu, aby prekonal bariéru. Takže by to bolo, keby to bola skutočne guľa a vyvýšenie - ale vo svete kvantovej mechaniky môže častica prekonať energetickú bariéru a na to nedostať dostatok energie, „tunelom“ cez ňu a náhle „zhmotnením“ na druhej strane.

Napriek zvláštnosti z hľadiska známej logiky sa tunelový efekt v laboratóriu opakovane demonštroval a používa sa dokonca aj v technológii - napríklad v dióde rovnakého mena alebo v niektorých typoch pevných diskov počítača. Jeho použitie ako základ pre fungovanie rastrovacích tunelových mikroskopov je ešte známe: najtenšia ihla sníma povrch vzorky a keď sa na ňu aplikuje malé napätie medzi ňou a vzorkou cez malú vzdialenosť, ktorá ich oddeľuje, tunelový prúd, tok tunelových nabitých častíc. Sila tohto prúdu vám umožňuje presne určiť vzdialenosť od ihly k povrchu a zvážiť jej reliéf doslova s ​​atómovým rozlíšením.

Našťastie alebo nie je v makrokozme pozorovaný tunelový efekt. Presnejšie povedané, nebolo to pozorované donedávna: všetko sa dá zmeniť zaujímavou prácou, ktorú nedávno vydali fínski vedci zo skupiny Mika Sillanpää. Na tento účel autori navrhujú použitie mikrometrového grafénového „trampolínu“ - plochej a silnej elastickej uhlíkovej platne s hrúbkou iba jedného atómu.

Grafénová membrána s nízkym napätím, ktoré sa na ňu aplikuje, je zavesená nad kovovým substrátom tak, že má dve stabilné konfigurácie: trochu zakrivené alebo trochu konkávne, v ktorých prichádza do styku so substrátom. Elektromechanické interakcie medzi nimi vytvárajú potenciálnu bariéru. Ak sa teraz membrána dá veľmi dobre ochladiť - na tisíciny stupňa nad absolútnou nulou - membrána nebude schopná oscilovať medzi dvoma priaznivými pozíciami sama osebe. Jediným spôsobom, ako prejsť z jedného štátu do druhého, je tunelovanie. A môžete si to všimnúť zmenou kapacity systému, ku ktorej dochádza v dôsledku kontaktu s kovovým substrátom.

Napriek svojim mikroskopickým rozmerom je takáto membrána stále o mnoho rádov väčšia ako jednotlivé atómy a molekuly, nehovoriac o elementárnych časticiach. Takže ak sa jej skutočne podarí dosiahnuť tunelujúci efekt, môžeme oprávnene povedať o jeho prvom pozorovaní v makrokozme.

Podľa autorov myšlienky môže byť hlavným technologickým problémom dosiahnutie a udržiavanie nevyhnutnej ultranízkej teploty. Koniec koncov, stačí, aby sa v systéme objavil aspoň malý prebytok energie vo forme tepla - a zážitok už nemožno nazvať čistým. Pracujú na tom a plánujú uskutočniť skutočný experiment v priebehu niekoľkých nasledujúcich rokov.

Podľa ScienceNOW

Odporúčaná

Federácia: Ruská kozmická loď s posádkou
2019
Pneumatická pošta: princíp činnosti
2019
Ako výbuch gama žiarenia zmení Zem na rádioaktívnu púšť: smrtiaci priestor
2019