เอฟเฟกต์อุโมงค์: บนขอบของโลก การส่งผ่านของอนุภาคผ่านสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้น
เอฟเฟกต์อุโมงค์เป็นปรากฏการณ์ที่น่าทึ่ง เป็นไปไม่ได้เลยจากมุมมองของฟิสิกส์คลาสสิก แต่ในโลกควอนตัมที่ลึกลับและลึกลับ กฎปฏิสัมพันธ์ระหว่างสสารและพลังงานที่แตกต่างกันเล็กน้อยทำงานได้ เอฟเฟกต์อุโมงค์เป็นกระบวนการในการเอาชนะสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้น โดยมีเงื่อนไขว่าพลังงานของมันน้อยกว่าความสูงของสิ่งกีดขวาง ปรากฏการณ์นี้เป็นควอนตัมในธรรมชาติโดยเฉพาะ และขัดแย้งกับกฎและหลักคำสอนของกลศาสตร์คลาสสิกโดยสิ้นเชิง ที่น่าตื่นตาตื่นใจยิ่งกว่าคือโลกที่เราอาศัยอยู่
วิธีที่ดีที่สุดในการทำความเข้าใจว่าเอฟเฟกต์อุโมงค์ควอนตัมคืออะไรคือการใช้ตัวอย่างของลูกกอล์ฟที่ถูกโยนลงหลุมด้วยแรงบางอย่าง ในหน่วยเวลาใดๆ พลังงานทั้งหมดของลูกบอลจะขัดแย้งกับแรงโน้มถ่วงที่อาจเกิดขึ้น หากเราคิดว่ามันด้อยกว่าแรงโน้มถ่วง วัตถุที่ระบุจะไม่สามารถออกจากหลุมได้ด้วยตัวเอง แต่นี่เป็นไปตามกฎของฟิสิกส์คลาสสิก เพื่อเอาชนะขอบหลุมและเดินหน้าต่อไป จะต้องมีแรงกระตุ้นจลนศาสตร์เพิ่มเติมอย่างแน่นอน นี่คือสิ่งที่นิวตันผู้ยิ่งใหญ่กล่าวไว้
ในโลกควอนตัม สิ่งต่างๆ ค่อนข้างแตกต่างออกไป ตอนนี้ สมมติว่ามีอนุภาคควอนตัมอยู่ในหลุม ในกรณีนี้ เราจะไม่พูดถึงความหดหู่ทางกายภาพที่แท้จริงบนพื้นอีกต่อไป แต่เกี่ยวกับสิ่งที่นักฟิสิกส์เรียกตามอัตภาพว่า "หลุมที่อาจเกิดขึ้น" ค่าดังกล่าวยังมีความคล้ายคลึงกับด้านกายภาพ - อุปสรรคด้านพลังงาน ที่นี่สถานการณ์เปลี่ยนแปลงอย่างรุนแรงที่สุด เพื่อให้สิ่งที่เรียกว่าการเปลี่ยนแปลงควอนตัมเกิดขึ้นและอนุภาคปรากฏนอกสิ่งกีดขวาง จำเป็นต้องมีเงื่อนไขอื่น
หากความแรงของสนามพลังงานภายนอกน้อยกว่าอนุภาค แสดงว่ามีโอกาสจริงโดยไม่คำนึงถึงความสูงของอนุภาค แม้ว่าจะไม่มีพลังงานจลน์เพียงพอในการทำความเข้าใจฟิสิกส์ของนิวตันก็ตาม นี่คือเอฟเฟกต์อุโมงค์เดียวกัน มันทำงานดังนี้ เป็นเรื่องปกติที่จะอธิบายอนุภาคใดๆ ที่ไม่ได้ใช้ปริมาณทางกายภาพใดๆ แต่ใช้ฟังก์ชันคลื่นที่เกี่ยวข้องกับความน่าจะเป็นที่อนุภาคจะอยู่ ณ จุดใดจุดหนึ่งในอวกาศในแต่ละหน่วยเวลาที่ระบุ
เมื่ออนุภาคชนกับสิ่งกีดขวางบางอย่าง โดยใช้สมการชโรดิงเงอร์ คุณสามารถคำนวณความน่าจะเป็นที่จะเอาชนะสิ่งกีดขวางนี้ได้ เนื่องจากบาเรียไม่เพียงแต่ดูดซับพลังงานเท่านั้น แต่ยังดับไฟแบบทวีคูณอีกด้วย กล่าวอีกนัยหนึ่ง ในโลกควอนตัมไม่มีอุปสรรคที่ผ่านไม่ได้ มีเพียงเงื่อนไขเพิ่มเติมเท่านั้นที่อนุภาคสามารถพบว่าตัวเองอยู่เหนืออุปสรรคเหล่านี้ แน่นอนว่าอุปสรรคต่างๆ ขัดขวางการเคลื่อนที่ของอนุภาค แต่ก็ไม่ได้เป็นขอบเขตที่มั่นคงและผ่านเข้าไปไม่ได้ พูดตามอัตภาพแล้ว นี่เป็นเขตแดนระหว่างสองโลก - ทางกายภาพและมีพลัง
เอฟเฟกต์อุโมงค์มีความคล้ายคลึงในฟิสิกส์นิวเคลียร์ - การทำให้อะตอมเป็นอัตโนมัติในสนามไฟฟ้าที่ทรงพลัง ฟิสิกส์โซลิดสเตตยังมีตัวอย่างมากมายของอาการอุโมงค์ ซึ่งรวมถึงการปล่อยสนามแม่เหล็ก การอพยพ และผลกระทบที่เกิดขึ้นเมื่อสัมผัสกันของตัวนำยิ่งยวดสองตัวที่แยกจากกันด้วยฟิล์มอิเล็กทริกบาง ๆ การขุดอุโมงค์มีบทบาทพิเศษในการนำกระบวนการทางเคมีต่างๆ ไปใช้ภายใต้สภาวะที่มีอุณหภูมิต่ำและอุณหภูมิเยือกแข็ง
อุโมงค์ควอนตัม ไม่น่าเป็นไปได้ที่คุณจะพยายามเดินผ่านกำแพงที่บ้าน แต่ถ้าคุณทำได้แล้ว คุณคงมั่นใจว่ามันเป็นไปไม่ได้ อย่างไรก็ตาม มีอนุภาคย่อยของอะตอมที่แสดงคุณลักษณะและกระบวนการคล้ายคลึงกันเช่นเดียวกับในอุโมงค์ควอนตัม
ทีมนักฟิสิกส์แย้งว่ามีแนวโน้มว่าจะสามารถสังเกตอุโมงค์ควอนตัมได้ แต่จะมีวัตถุขนาดใหญ่กว่าที่มนุษย์สร้างขึ้น แน่นอนว่าทฤษฎีนี้จะต้องเผชิญกับปัญหาใหญ่หลวงในสายตาของคนอื่น
การเปลี่ยนผ่านของอุโมงค์ เอฟเฟกต์ของอุโมงค์เป็นผลเชิงกลควอนตัมของการผ่านสถานะพลังงานแบบคลาสสิก (กำแพงกั้นพลังงาน) กระบวนการนี้เปรียบเสมือนการลอดผ่านอุโมงค์จึงเรียกว่าการขุดอุโมงค์ ไม่มีอะนาล็อกในกลศาสตร์คลาสสิก
หากการทดลองกับวัตถุขนาดใหญ่ประสบความสำเร็จ จะนำไปสู่การค้นพบที่น่าทึ่งในกลศาสตร์ควอนตัมที่ได้รับความนิยมและระบบควอนตัมที่เกี่ยวข้อง ในปี 2010 นักฟิสิกส์กลุ่มหนึ่งได้ทำการทดลองเพื่อนำวัตถุขนาดเล็กจิ๋วมาสู่สถานะที่สามารถอธิบายได้โดยใช้กลศาสตร์ควอนตัมเท่านั้น กฎสำคัญในกลศาสตร์ควอนตัมคือ วัตถุขนาดเล็กสามารถดูดซับพลังงานได้ แต่จะอยู่ในปริมาณหรือควอนตัมที่จำกัด และสามารถอยู่ในสองแห่งพร้อมกันได้
หลักการอันงดงามเหล่านี้ได้รับการพิสูจน์อย่างสมบูรณ์ในการทดลองกับอิเล็กตรอน โฟตอน อะตอม และโมเลกุล น่าแปลกที่นักฟิสิกส์ไม่เคยเห็นผลกระทบทางกลควอนตัมแปลกๆ เช่นนี้ในการเคลื่อนที่ของอุปกรณ์ทางกล ตอนนี้ Andrew Cleland, John Martinis และเพื่อนร่วมงานคนอื่นๆ ที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานตาบาร์บารา ได้เริ่มโครงการด้วยอุปกรณ์ทางกลที่ปฏิบัติตามกฎพื้นฐานของกลศาสตร์ควอนตัมได้สำเร็จ หากการทดลองขุดอุโมงค์สำเร็จ มันจะเป็นการค้นพบที่น่าประหลาดใจยิ่งกว่ามาก
การขุดอุโมงค์ทำงานอย่างไร? ลองนึกภาพว่าอิเล็กตรอนเป็นเหมือนก้อนกรวดและอยู่ในร่องใดร่องหนึ่งจากสองร่อง ซึ่งแยกจากกันด้วยเนินเขา ซึ่งจะสร้างเอฟเฟกต์เหมือนสนามไฟฟ้า หินจะต้องมีพลังงานเพียงพอในการที่จะข้ามสนามจากร่องหนึ่งไปอีกร่องหนึ่ง หากมีพลังงานน้อยมาก ฟิสิกส์คลาสสิกบอกว่าหินจะไม่เคลื่อนที่เลย
ใช่ แต่อนุภาคขนาดเล็กมาก เช่น อิเล็กตรอน ที่มีพลังงานน้อยที่สุด สามารถผ่านระดับความสูงได้ กลศาสตร์ควอนตัมอธิบายว่าอนุภาคเหล่านี้เป็นคลื่นที่ยืดออก และปรากฎว่ามีความเป็นไปได้ที่จะมีอย่างน้อยหนึ่งอนุภาคที่จะผ่าน "อุโมงค์" บนเนินเขาและก่อตัวขึ้นที่อีกด้านหนึ่ง แต่ถึงแม้จะสำเร็จ อิเล็กตรอนก็ไม่สามารถ "เดินทาง" ระหว่างร่องได้ไกลเกินไป
ทฤษฎีดังกล่าวดูเหมือนไม่น่าเชื่อ แต่นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรได้แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึงอุโมงค์ควอนตัมด้วยเซมิคอนดักเตอร์ ซึ่งอิเล็กตรอนสามารถผ่านชั้นวัสดุที่ไม่นำไฟฟ้าได้สำเร็จ ที่จริงแล้ว ฮาร์ดไดร์ฟแบบแม่เหล็กบางประเภทอาศัยการเจาะช่องสัญญาณเพื่ออ่านข้อมูลโดยเฉพาะ อย่างไรก็ตาม ยังไม่มีใครพิสูจน์ได้ว่าวัตถุที่มองเห็นได้ด้วยตาเปล่าสามารถผ่านสิ่งกีดขวางบางประเภทได้
กลุ่มเพื่อนร่วมงานในฟินแลนด์กล่าวว่าอาจเป็นไปได้ที่จะสร้างกระบวนการนี้ขึ้นใหม่โดยใช้อุปกรณ์คล้ายกระดานดำน้ำขนาดเล็กที่ทำจากกราฟีน ซึ่งเป็นชั้นคาร์บอนที่แข็งแกร่งและยืดหยุ่นมากซึ่งมีความหนาหนึ่งอะตอม พวกมันจะถูกแขวนลอยจากเมมเบรนซึ่งจะมีขนาดเล็ก แต่ด้วยเหตุนี้จึงมีขนาดใหญ่กว่าอะตอมและโมเลกุลบนพื้นผิวโลหะมาก เมื่อตัวนำของการทดลองนี้ใช้แรงดันไฟฟ้า เมมเบรนจะมีตำแหน่งหลักสองตำแหน่ง: ตำแหน่งหนึ่งจะบวมเล็กน้อยตรงกลาง และอีกตำแหน่งจะโค้งงอพอที่จะสัมผัสกับพื้นผิวโลหะได้
ในการทดลองนี้ ไฟฟ้าและกลไกทำให้เมมเบรนสร้างกำแพงกั้นพลังงานระหว่างสองตำแหน่งนี้ หากนักวิทยาศาสตร์จัดการเพื่อลดพลังงานของเมมเบรน โดยทำให้อุณหภูมิเย็นลงเหลืออุณหภูมิต่ำกว่า 1,000 องศาเหนือศูนย์ วิธีเดียวที่จะถ่ายโอนบางสิ่งผ่านเมมเบรนนั้นได้ก็คือการขุดอุโมงค์ควอนตัม
หลังจากที่ประสบความสำเร็จนี้ นักวิทยาศาสตร์จะสามารถศึกษาการเปลี่ยนแปลงโครงร่างของเมมเบรนได้ โดยพยายามติดตามการเปลี่ยนแปลงที่เป็นไปได้ในศักยภาพของระบบ ตลอดจนความสามารถในการกักเก็บประจุไฟฟ้าได้ดีเพียงใด “เพื่อที่จะหาวิธีที่จะบรรลุอุณหภูมิที่ต่ำขนาดนี้ เราต้องใช้เวลาหลายปี แต่ทีมงานยังคงทำงานในโครงการนี้ต่อไป”
การขุดอุโมงค์ควอนตัมก็เหมือนกับจอกศักดิ์สิทธิ์ ซึ่งนักวิทยาศาสตร์พยายามค้นหาในการทดลองนี้ไม่ใช่เรื่องง่าย แล้วทำไมไม่ใช้อุโมงค์ควอนตัมเพื่อทะลุกำแพงล่ะ? น่าเสียดายที่การคำนวณทางกลควอนตัมแสดงให้เห็นว่าสำหรับบางสิ่งที่มีขนาดใหญ่เท่ากับบุคคล ความน่าจะเป็นนั้นน้อยมากจนคุณไม่สามารถรอจนถึงจุดสิ้นสุดของจักรวาลได้ และอาจจะไม่มีโอกาสที่จะไปจบลงที่อีกจักรวาลหนึ่ง ด้านข้าง.
เรากำลังรอจดหมายเกี่ยวกับความลึกลับของโลกของเรา ยูเอฟโอและอารยธรรมในอดีต ความลับของจักรวาล สิ่งที่ไม่รู้และสิ่งที่น่าทึ่ง
ความแตกต่างในพฤติกรรมของอนุภาคควอนตัมและอนุภาคคลาสสิกจะแสดงออกมาหากพบสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นบนเส้นทางของอนุภาค (ที่ , ที่ )
ภายใต้เงื่อนไขที่กำหนดของปัญหา อนุภาคคลาสสิก มี อี(พลังงานทั้งหมดของอนุภาค) หรือจะผ่านไปอย่างไม่มีสิ่งกีดขวาง (ณ อี> คุณ) หรือจะสะท้อนจากมัน (ณ อี< คุณ) และจะเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้าม สำหรับอนุภาคขนาดเล็ก แม้จะอยู่ที่ ความน่าจะเป็นที่ไม่เป็นศูนย์ที่มันจะสะท้อนจากสิ่งกีดขวาง นอกจากนี้ยังมีความน่าจะเป็นที่ไม่เป็นศูนย์ที่อนุภาคจะไปจบลงที่บริเวณนั้นด้วย x> ล, เช่น. จะทะลุผ่านสิ่งกีดขวาง ข้อสรุปที่คล้ายกันนี้เกิดขึ้นจากการแก้สมการชโรดิงเงอร์สำหรับสถานะคงที่ พิจารณากรณีนี้แล้วสำหรับภูมิภาค 1 และ 3 ที่เรามี
สำหรับพื้นที่ 2
.
คำตอบทั่วไปของสมการเชิงอนุพันธ์เหล่านี้:
(สำหรับพื้นที่ 1)
(สำหรับพื้นที่ 2)
(สำหรับพื้นที่ 3)
ที่ไหน 
, 
.
คำตอบของรูปแบบสอดคล้องกับคลื่นที่แพร่กระจายไปในทิศทางบวกของแกน เอ็กซ์และคำตอบของรูปแบบคือคลื่นที่แพร่กระจายไปในทิศทางตรงกันข้าม ในพื้นที่ 3 มีเพียงคลื่นที่ทะลุผ่านแผงกั้นและแผ่ขยายจากซ้ายไปขวา ดังนั้นควรใช้ค่าสัมประสิทธิ์เท่ากับศูนย์ ในการหาค่าสัมประสิทธิ์ที่เหลือ เราจะใช้เงื่อนไขที่ฟังก์ชันต้องเป็นไปตามนั้น ย- เพื่อ ยอย่างต่อเนื่องตลอดทั้งพื้นที่ของการเปลี่ยนแปลง เอ็กซ์จาก - ¥ ถึง + ¥ ต้องเป็นไปตามเงื่อนไขต่อไปนี้: 
และ 
- เพื่อ ยราบรื่นเช่น ไม่มีข้อบกพร่อง ต้องเป็นไปตามเงื่อนไขต่อไปนี้: 
และ 
.
อัตราส่วนของขนาดกำลังสองของแอมพลิจูดของคลื่นสะท้อนและคลื่นตกกระทบ
(7.11)
กำหนดความน่าจะเป็นที่อนุภาคจะสะท้อนจากสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นและเรียกว่า ค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อน.
อัตราส่วนของขนาดกำลังสองของแอมพลิจูดของคลื่นที่ส่งและคลื่นตกกระทบ
กำหนดความน่าจะเป็นที่อนุภาคจะผ่านสิ่งกีดขวางและเรียกว่า อัตราการผ่าน (ความโปร่งใส- เพื่อกั้นความกว้างอันจำกัด
(7.12)
ในกรณีที่มีสิ่งกีดขวางที่มีรูปร่างไม่แน่นอน
เมื่อเอาชนะสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นได้ ดูเหมือนว่าอนุภาคจะผ่าน "อุโมงค์" เข้าไป ดังนั้นปรากฏการณ์นี้จึงถูกเรียกว่า เอฟเฟกต์อุโมงค์จากมุมมองคลาสสิก เอฟเฟกต์อุโมงค์ดูเหมือนไร้สาระ เนื่องจากอนุภาคในอุโมงค์จะต้องมีพลังงานจลน์เป็นลบ อย่างไรก็ตาม เอฟเฟกต์ทันเนลเป็นปรากฏการณ์ควอนตัมโดยเฉพาะ ในกลศาสตร์ควอนตัม การแบ่งพลังงานทั้งหมดออกเป็นจลน์และศักย์นั้นไม่สมเหตุสมผล เพราะมันขัดแย้งกับความสัมพันธ์ที่ไม่แน่นอน
ความแตกต่างในพฤติกรรมของอนุภาคควอนตัมและอนุภาคคลาสสิกจะแสดงออกมาหากพบขั้นตอนที่เป็นไปได้บนเส้นทางของอนุภาค (ที่ 
, ที่ 
)
สำหรับอนุภาคคลาสสิก: ถ้า อี– พลังงานรวมของอนุภาคน้อยกว่า คุณ 0แล้วมันจะไม่เอาชนะและเมื่อสูญเสียความเร็วไปส่วนหนึ่งก็จะเคลื่อนที่ต่อไป เอ็กซ์.
สำหรับอนุภาคควอนตัม: ถ้ามันทะลุผ่านไปจนถึงระดับความลึกหนึ่งแล้วเริ่มเคลื่อนกลับ
ความลึกของการเจาะ โดยความน่าจะเป็นในการค้นหาอนุภาคจะลดลง จครั้งหนึ่ง
ตัวอย่างเช่น ตัวโลหะสำหรับอิเล็กตรอนอิสระจะมีศักยภาพในบ่อด้วย คุณ 0ซึ่งสูงกว่า อีอิเล็กตรอนต่อ 1 eV แล้ว Å.
พื้นผิวของโลหะเป็นสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นซึ่งอิเล็กตรอนจะเอาชนะจนถึงระดับความลึกและย้อนกลับได้ ดังนั้นพื้นผิวโลหะจึงถูกล้อมรอบด้วยเมฆอิเล็กตรอน
ในปี พ.ศ. 2465 มีการค้นพบปรากฏการณ์การปล่อยอิเล็กตรอนเย็น (การปล่อยสนาม) จากฉัน 
อยู่ภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้าภายนอกที่รุนแรง ค่าลบของพิกัด x (รูปที่ 4) คือบริเวณของโลหะที่อิเล็กตรอนสามารถเคลื่อนที่ได้เกือบอิสระ ที่นี่พลังงานศักย์ถือว่าคงที่ ผนังที่มีศักยภาพจะปรากฏขึ้นที่ขอบโลหะ เพื่อป้องกันไม่ให้อิเล็กตรอนหลุดออกจากโลหะ เขาสามารถทำได้โดยรับพลังงานเพิ่มเติมเท่ากับฟังก์ชันงาน A ออกเท่านั้น ที่อุณหภูมิต่ำ อิเล็กตรอนเพียงส่วนเล็กๆ เท่านั้นที่จะได้รับพลังงานดังกล่าว หากคุณทำให้โลหะเป็นแผ่นลบของตัวเก็บประจุโดยใช้สนามไฟฟ้าที่มีกำลังเพียงพอ พลังงานศักย์ของอิเล็กตรอนเนื่องจากประจุลบที่อยู่นอกโลหะจะเริ่มลดลง
อนุภาคคลาสสิกจะไม่ทะลุผ่านสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นได้ ทันทีหลังจากการถือกำเนิดของกลศาสตร์ควอนตัม ฟาวเลอร์และนอร์ดไฮม์ได้อธิบายปรากฏการณ์การปล่อยความเย็นโดยใช้เอฟเฟกต์การขุดอุโมงค์ของอิเล็กตรอน อิเล็กตรอนภายในโลหะมีพลังงานที่แตกต่างกันมากแม้ที่อุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์ เนื่องจากตามหลักการของเพาลี แต่ละสถานะควอนตัมสามารถมีอิเล็กตรอนได้ไม่เกิน 1 ตัว (รวมการหมุนด้วย) ดังนั้นจำนวนสถานะที่เติมจะเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอน และพลังงานของสถานะที่เติมสูงสุด E F - พลังงานเฟอร์มี - ในโลหะธรรมดาจะอยู่ในลำดับของอิเล็กตรอนหลายโวลต์ เช่นเดียวกับฟังก์ชันการทำงาน
อิเล็กตรอนที่มีพลังงาน E F จะเกิดอุโมงค์ได้ง่ายที่สุด เมื่อพลังงานลดลง ความน่าจะเป็นของการเกิดอุโมงค์จะลดลงอย่างรวดเร็ว คุณลักษณะการทดลองทั้งหมด ตลอดจนขนาดเต็มของผลกระทบ ได้รับการอธิบายโดยสูตรฟาวเลอร์-นอร์ดเฮม การปล่อยอิเล็กตรอนเย็นเป็นปรากฏการณ์แรกที่อธิบายได้สำเร็จโดยการขุดอุโมงค์อนุภาค
เอฟเฟกต์ทันเนลมีบทบาทสำคัญในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
เป็นตัวกำหนดการเกิดปรากฏการณ์เช่นการปล่อยอิเล็กตรอนภายใต้
การกระทำของสนามแรง, การผ่านของกระแสผ่านฟิล์มอิเล็กทริก,
การพังทลายของทางแยก p-n; ตามนั้นจึงมีการสร้างและพัฒนาไดโอดอุโมงค์
องค์ประกอบภาพยนตร์ที่แอคทีฟถูกสร้างขึ้น
กล้องจุลทรรศน์แบบอุโมงค์สแกนจะขึ้นอยู่กับเอฟเฟกต์ของอุโมงค์
มีความเป็นไปได้ที่อนุภาคควอนตัมจะทะลุผ่านสิ่งกีดขวางที่อนุภาคมูลฐานแบบคลาสสิกผ่านไม่ได้
ลองนึกภาพลูกบอลกลิ้งอยู่ในหลุมทรงกลมที่ขุดลงไปในพื้นดิน ในช่วงเวลาใดเวลาหนึ่ง พลังงานของลูกบอลจะถูกกระจายระหว่างพลังงานจลน์ของมันกับพลังงานศักย์ของแรงโน้มถ่วงเป็นสัดส่วนขึ้นอยู่กับความสูงของลูกบอลสัมพันธ์กับก้นหลุม (ตามกฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์) . เมื่อลูกบอลถึงข้างหลุม เป็นไปได้ 2 สถานการณ์ หากพลังงานรวมของมันเกินกว่าพลังงานศักย์ของสนามโน้มถ่วงซึ่งกำหนดโดยความสูงของตำแหน่งของลูกบอล ลูกบอลก็จะกระโดดออกจากหลุม ถ้าพลังงานรวมของลูกบอลน้อยกว่าพลังงานศักย์ของแรงโน้มถ่วงที่ระดับด้านข้างของหลุม ลูกบอลจะกลิ้งลงกลับเข้าไปในหลุมไปทางด้านตรงข้าม เมื่อพลังงานศักย์เท่ากับพลังงานรวมของลูกบอล มันก็จะหยุดและหมุนกลับ ในกรณีที่สอง ลูกบอลจะไม่กลิ้งออกจากหลุมเว้นแต่จะได้รับพลังงานจลน์เพิ่มเติม เช่น โดยการผลักลูกบอล ตามกฎกลศาสตร์ของนิวตัน , ลูกบอลจะไม่ออกจากหลุมโดยไม่ให้แรงผลักดันเพิ่มเติม ถ้ามันไม่มีพลังงานเพียงพอที่จะกลิ้งลงน้ำ
ทีนี้ลองจินตนาการว่าด้านข้างของหลุมนั้นลอยขึ้นเหนือพื้นผิวโลก (เช่น หลุมอุกกาบาตบนดวงจันทร์) หากลูกบอลตกลงไปด้านที่ยกขึ้นของหลุมนั้น ลูกบอลก็จะกลิ้งต่อไป สิ่งสำคัญคือต้องจำไว้ว่าในโลกของลูกบอลและหลุมแบบนิวตัน การที่ลูกบอลจะกลิ้งไปไกลกว่าด้านข้างของหลุมจะไม่มีความหมายหากลูกบอลไม่มีพลังงานจลน์เพียงพอที่จะไปถึงขอบด้านบน หากไปไม่ถึงขอบ มันก็จะไม่ออกจากหลุมและไม่ว่าภายใต้เงื่อนไขใด ๆ ด้วยความเร็วใด ๆ และจะไม่กลิ้งไปไกลกว่านี้ไม่ว่าขอบของด้านข้างจะอยู่สูงเหนือพื้นผิวเพียงใด .
ในโลกของกลศาสตร์ควอนตัม สิ่งต่างๆ แตกต่างออกไป ลองจินตนาการว่ามีอนุภาคควอนตัมอยู่ในหลุมแบบนี้ ในกรณีนี้ เราไม่ได้พูดถึงหลุมทางกายภาพที่แท้จริงอีกต่อไป แต่เกี่ยวกับสถานการณ์ที่มีเงื่อนไขเมื่ออนุภาคต้องการพลังงานที่จำเป็นเพื่อเอาชนะสิ่งกีดขวางที่ป้องกันไม่ให้มันหลุดออกจากสิ่งที่นักฟิสิกส์ตกลงที่จะเรียกว่า "หลุมที่มีศักยภาพ"- หลุมนี้ยังมีพลังงานอะนาล็อกอยู่ด้านข้างซึ่งเรียกว่า "อุปสรรคที่อาจเกิดขึ้น"- ดังนั้นหากอยู่นอกสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้น ระดับความเข้มของสนามพลังงานก็จะลดลง , มากกว่าพลังงานที่อนุภาคครอบครอง มันมีโอกาสที่จะ "ล้น" แม้ว่าพลังงานจลน์ที่แท้จริงของอนุภาคนี้จะไม่เพียงพอที่จะ "เกิน" ขอบกระดานตามความหมายของนิวตันก็ตาม กลไกของอนุภาคที่ผ่านสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นนี้เรียกว่าเอฟเฟกต์อุโมงค์ควอนตัม
มันทำงานดังนี้: ในกลศาสตร์ควอนตัม อนุภาคถูกอธิบายผ่านฟังก์ชันคลื่น ซึ่งสัมพันธ์กับความน่าจะเป็นที่อนุภาคจะอยู่ในตำแหน่งที่กำหนดในช่วงเวลาที่กำหนด หากอนุภาคชนกับสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้น สมการของชโรดิงเงอร์ ช่วยให้สามารถคำนวณความน่าจะเป็นที่อนุภาคจะทะลุผ่านมันได้ เนื่องจากฟังก์ชันคลื่นไม่เพียงแต่ถูกดูดซับอย่างมีพลังโดยสิ่งกีดขวางเท่านั้น แต่ยังดับลงอย่างรวดเร็วมาก - แบบเอกซ์โปเนนเชียล กล่าวอีกนัยหนึ่ง อุปสรรคที่อาจเกิดขึ้นในโลกของกลศาสตร์ควอนตัมนั้นไม่ชัดเจน แน่นอนว่ามันป้องกันอนุภาคไม่ให้เคลื่อนที่ แต่ไม่ใช่ขอบเขตที่มั่นคงและผ่านเข้าไปไม่ได้ ดังเช่นในกรณีของกลศาสตร์นิวตันแบบดั้งเดิม
หากสิ่งกีดขวางต่ำเพียงพอหรือพลังงานรวมของอนุภาคใกล้กับจุดเริ่มแรก ฟังก์ชันคลื่นแม้ว่าจะลดลงอย่างรวดเร็วเมื่ออนุภาคเข้าใกล้ขอบของสิ่งกีดขวาง แต่ก็ทำให้มีโอกาสที่จะเอาชนะมันได้ นั่นคือมีความเป็นไปได้ที่จะตรวจพบอนุภาคที่อีกด้านหนึ่งของสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้น - ในโลกของกลศาสตร์ของนิวตันสิ่งนี้คงเป็นไปไม่ได้ และเมื่ออนุภาคข้ามขอบของสิ่งกีดขวาง (ปล่อยให้มันมีรูปร่างเหมือนปล่องภูเขาไฟ) มันจะกลิ้งไปตามทางลาดด้านนอกอย่างอิสระห่างจากหลุมที่มันโผล่ออกมา
รอยต่ออุโมงค์ควอนตัมถือได้ว่าเป็น "การรั่วไหล" หรือ "การซึมผ่าน" ของอนุภาคผ่านสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้น หลังจากนั้นอนุภาคจะเคลื่อนออกจากสิ่งกีดขวาง มีตัวอย่างมากมายของปรากฏการณ์ประเภทนี้ในธรรมชาติตลอดจนในเทคโนโลยีสมัยใหม่ การสลายกัมมันตภาพรังสีโดยทั่วไป: นิวเคลียสหนักจะปล่อยอนุภาคอัลฟาซึ่งประกอบด้วยโปรตอนสองตัวและนิวตรอนสองตัว ในด้านหนึ่ง เราคงจินตนาการถึงกระบวนการนี้ในลักษณะที่นิวเคลียสหนักกักอนุภาคแอลฟาไว้ภายในตัวมันเองผ่านแรงยึดเหนี่ยวภายในนิวเคลียร์ เช่นเดียวกับที่ลูกบอลถูกยึดไว้ในรูในตัวอย่างของเรา อย่างไรก็ตาม แม้ว่าอนุภาคอัลฟาจะมีพลังงานอิสระไม่เพียงพอที่จะเอาชนะอุปสรรคของพันธะในนิวเคลียร์ แต่ก็ยังมีความเป็นไปได้ที่จะแยกตัวออกจากนิวเคลียส และจากการสังเกตการปล่อยอัลฟ่าที่เกิดขึ้นเอง เราได้รับการยืนยันจากการทดลองถึงความเป็นจริงของปรากฏการณ์อุโมงค์
ตัวอย่างที่สำคัญอีกประการหนึ่งของปรากฏการณ์อุโมงค์คือกระบวนการฟิวชั่นแสนสาหัสซึ่งส่งพลังงานให้กับดวงดาว ( ซม.วิวัฒนาการของดวงดาว) ขั้นตอนหนึ่งของปฏิกิริยาฟิวชั่นแสนสาหัสคือการชนกันของดิวทีเรียมนิวเคลียส 2 ตัว (โปรตอน 1 ตัวและนิวตรอน 1 ตัวต่อกัน) ส่งผลให้เกิดการก่อตัวของฮีเลียม-3 นิวเคลียส (โปรตอน 2 ตัวและนิวตรอน 1 ตัว) และการปล่อยนิวตรอน 1 ตัว ตามกฎของคูลอมบ์ ระหว่างสองอนุภาคที่มีประจุเท่ากัน (ในกรณีนี้คือโปรตอนซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของนิวเคลียสดิวทีเรียม) มีแรงผลักกันอันทรงพลังซึ่งก็คือมีสิ่งกีดขวางที่ทรงพลัง ในโลกของนิวตัน นิวเคลียสดิวทีเรียมไม่สามารถเข้ามาใกล้พอที่จะสังเคราะห์นิวเคลียสฮีเลียมได้ อย่างไรก็ตาม ในส่วนลึกของดวงดาว อุณหภูมิและความดันสูงจนพลังงานของนิวเคลียสเข้าใกล้ขีดจำกัดของฟิวชันของพวกมัน (ในความรู้สึกของเรา นิวเคลียสเกือบจะอยู่ที่ขอบของม่านกั้น) ซึ่งส่งผลให้ เอฟเฟกต์อุโมงค์เริ่มทำงาน ปฏิกิริยาฟิวชั่นแสนสาหัสเกิดขึ้น - และดวงดาวก็ส่องแสง
ในที่สุด เอฟเฟกต์อุโมงค์ก็ถูกนำมาใช้ในทางปฏิบัติแล้วในเทคโนโลยีกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน การทำงานของเครื่องมือนี้ขึ้นอยู่กับความจริงที่ว่าปลายโลหะของโพรบเข้าใกล้พื้นผิวที่กำลังศึกษาในระยะทางที่สั้นมาก ในกรณีนี้ สิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นจะป้องกันไม่ให้อิเล็กตรอนจากอะตอมของโลหะไหลลงสู่พื้นผิวที่กำลังศึกษาอยู่ เมื่อเคลื่อนโพรบไปในระยะใกล้มาก ตรวจดูพื้นผิวแล้วเขาก็คัดแยกอะตอมทีละอะตอม เมื่อโพรบอยู่ใกล้กับอะตอม สิ่งกีดขวางจะลดลง , กว่าเมื่อโพรบผ่านเข้าไปในช่องว่างระหว่างพวกมัน ดังนั้น เมื่ออุปกรณ์ "กลุ่ม" สำหรับอะตอม กระแสจะเพิ่มขึ้นเนื่องจากการรั่วไหลของอิเล็กตรอนที่เพิ่มขึ้นอันเป็นผลมาจากเอฟเฟกต์การขุดอุโมงค์ และในช่องว่างระหว่างอะตอม กระแสจะลดลง ทำให้สามารถศึกษารายละเอียดเกี่ยวกับโครงสร้างอะตอมของพื้นผิวได้อย่างละเอียด โดยเรียกว่า "การทำแผนที่" พวกมันอย่างแท้จริง อย่างไรก็ตาม กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนเป็นการยืนยันขั้นสุดท้ายเกี่ยวกับทฤษฎีอะตอมของโครงสร้างของสสาร
1.7. แนวคิดของเอฟเฟกต์อุโมงค์
เอฟเฟกต์อุโมงค์คือการที่อนุภาคเคลื่อนผ่านสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นเนื่องจากคุณสมบัติคลื่นของอนุภาค
ปล่อยให้อนุภาคที่เคลื่อนที่จากซ้ายไปขวาพบกับอุปสรรคด้านความสูง คุณ 0 และความกว้าง ล- ตามแนวคิดคลาสสิก อนุภาคจะผ่านสิ่งกีดขวางอย่างไม่มีสิ่งกีดขวางหากพลังงานของอนุภาคนั้น อีมากกว่าความสูงของสิ่งกีดขวาง ( อี> คุณ 0 - หากพลังงานของอนุภาคน้อยกว่าความสูงของสิ่งกีดขวาง ( อี< คุณ 0 ) จากนั้นอนุภาคจะสะท้อนจากสิ่งกีดขวางและเริ่มเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้าม อนุภาคไม่สามารถทะลุผ่านสิ่งกีดขวางได้
กลศาสตร์ควอนตัมคำนึงถึงคุณสมบัติคลื่นของอนุภาคด้วย สำหรับคลื่น ผนังด้านซ้ายของสิ่งกีดขวางคือขอบเขตของสื่อทั้งสอง ซึ่งคลื่นถูกแบ่งออกเป็นสองคลื่น - สะท้อนและหักเหด้วย อี> คุณ 0 เป็นไปได้ (แม้ว่าจะมีความเป็นไปได้เล็กน้อย) ที่อนุภาคจะสะท้อนจากสิ่งกีดขวาง และเมื่อใด อี< คุณ 0 มีความน่าจะเป็นที่ไม่เป็นศูนย์ที่อนุภาคจะอยู่อีกด้านหนึ่งของสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้น ในกรณีนี้ อนุภาคดูเหมือนจะ "ผ่านอุโมงค์"
มาตัดสินใจกัน ปัญหาของอนุภาคที่ผ่านสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นสำหรับกรณีที่ง่ายที่สุดของสิ่งกีดขวางสี่เหลี่ยมมิติเดียว ดังแสดงในรูปที่ 1.6 รูปร่างของสิ่งกีดขวางถูกกำหนดโดยฟังก์ชัน
. (1.7.1)
ให้เราเขียนสมการชโรดิงเงอร์สำหรับแต่ละภูมิภาค: 1( x<0 ), 2(0< x< ล) และ 3( x> ล):
;
(1.7.2)
; (1.7.3)
. (1.7.4)
มาแสดงกันเถอะ
(1.7.5)
. (1.7.6)
การแก้สมการทั่วไป (1), (2), (3) สำหรับแต่ละพื้นที่มีรูปแบบ:
โซลูชั่นของแบบฟอร์ม 
สอดคล้องกับคลื่นที่แพร่กระจายไปในทิศทางของแกน x, ก 
- คลื่นที่แพร่กระจายไปในทิศทางตรงกันข้าม ในภาค 1 ภาคเรียน 
อธิบายถึงเหตุการณ์คลื่นบนสิ่งกีดขวาง และคำศัพท์ 
- คลื่นสะท้อนจากสิ่งกีดขวาง ในพื้นที่ 3 (ทางด้านขวาของแผงกั้น) มีเพียงคลื่นที่แพร่กระจายไปในทิศทาง x เท่านั้น 
.
ฟังก์ชันคลื่นจะต้องเป็นไปตามเงื่อนไขความต่อเนื่อง ดังนั้นวิธีแก้ปัญหา (6), (7), (8) ที่ขอบเขตของสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นจะต้อง "เย็บ" ในการทำเช่นนี้ เราเทียบฟังก์ชันคลื่นและอนุพันธ์ของพวกมันที่ x=0 และ x = ล:
;
;
;
. (1.7.10)
เราได้รับโดยใช้ (1.7.7) - (1.7.10) สี่สมการที่จะกำหนด ห้าค่าสัมประสิทธิ์ ก 1 , ก 2 , ก 3 ,ใน 1 และ ใน 2 :
ก 1 +บี 1 =ก 2 +บี 2 ;
ก 2 จเอ็กซ์พี( ล) + บี 2 จเอ็กซ์พี(- ล)= อ 3 จเอ็กซ์พี(ikl) ;
ฉัน(ก 1 - ใน 1 ) = (ก 2 -ใน 2 ) ; (1.7.11)
(ก 2 จเอ็กซ์พี( ล)-ใน 2 จเอ็กซ์พี(- ล) = ฉันก 3 จเอ็กซ์พี(ikl) .
เพื่อให้ได้ความสัมพันธ์ที่ห้า เราแนะนำแนวคิดเรื่องสัมประสิทธิ์การสะท้อนและความโปร่งใสของอุปสรรค
ค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนมาเรียกความสัมพันธ์กันดีกว่า
, (1.7.12)
ซึ่งกำหนด ความน่าจะเป็นการสะท้อนของอนุภาคจากสิ่งกีดขวาง
ปัจจัยความโปร่งใส
(1.7.13)
ให้ความน่าจะเป็นที่อนุภาคนั้น จะผ่านไปผ่านสิ่งกีดขวาง เนื่องจากอนุภาคจะสะท้อนหรือทะลุผ่านสิ่งกีดขวาง ผลรวมของความน่าจะเป็นเหล่านี้จึงเท่ากับ 1 แล้ว
ร+ ดี =1; (1.7.14)
. (1.7.15)
นี่คือมัน ที่ห้าความสัมพันธ์ที่ปิดระบบ (1.7.11) ซึ่งทั้งหมด ห้าค่าสัมประสิทธิ์
สิ่งที่น่าสนใจที่สุดคือ ค่าสัมประสิทธิ์ความโปร่งใสดี- หลังจากการเปลี่ยนแปลงที่เราได้รับ
,
(7.1.16)
ที่ไหน ดี 0 – ค่าใกล้เคียงกับความสามัคคี
จาก (1.7.16) เป็นที่ชัดเจนว่าความโปร่งใสของสิ่งกีดขวางขึ้นอยู่กับความกว้างอย่างมาก ลว่าอุปสรรคนั้นสูงแค่ไหน คุณ 0 เกินพลังงานอนุภาค อี, และมวลของอนุภาคด้วย ม.
กับ 
จากมุมมองคลาสสิก การเคลื่อนที่ของอนุภาคผ่านสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นที่ อี<
คุณ 0
ขัดแย้งกับกฎการอนุรักษ์พลังงาน ความจริงก็คือว่าหากอนุภาคคลาสสิกอยู่ที่จุดใดจุดหนึ่งในพื้นที่กั้น (บริเวณที่ 2 ในรูปที่ 1.7) พลังงานรวมของมันจะน้อยกว่าพลังงานศักย์ (และพลังงานจลน์จะเป็นลบ!?) จากมุมมองควอนตัม ไม่มีความขัดแย้งดังกล่าว หากอนุภาคเคลื่อนที่เข้าหาสิ่งกีดขวาง ก่อนชนอนุภาคจะมีพลังงานจำเพาะมาก ปล่อยให้การโต้ตอบกับสิ่งกีดขวางคงอยู่ชั่วระยะเวลาหนึ่ง
ทีดังนั้นตามความสัมพันธ์ความไม่แน่นอน พลังงานของอนุภาคจะไม่แน่นอนอีกต่อไป ความไม่แน่นอนของพลังงาน 
- เมื่อความไม่แน่นอนนี้กลายเป็นตามลำดับความสูงของสิ่งกีดขวาง มันก็จะกลายเป็นสิ่งกีดขวางที่ผ่านไม่ได้สำหรับอนุภาคและอนุภาคจะผ่านเข้าไป
ความโปร่งใสของสิ่งกีดขวางจะลดลงอย่างรวดเร็วตามความกว้าง (ดูตารางที่ 1.1) ดังนั้นอนุภาคจึงสามารถผ่านสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นได้แคบมากเท่านั้นเนื่องจากกลไกการขุดอุโมงค์
ตารางที่ 1.1
ค่าสัมประสิทธิ์ความโปร่งใสของอิเล็กตรอนที่ ( คุณ 0 – อี ) = 5 อีโว = ค่าคงที่
|
ล, นาโนเมตร | |||||
เราถือว่าไม้กั้นเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า ในกรณีที่มีสิ่งกีดขวางที่อาจมีรูปร่างไม่แน่นอน เช่น ดังแสดงในรูปที่ 1.7 ค่าสัมประสิทธิ์ความโปร่งใสจะมีรูปแบบ
. (1.7.17)
เอฟเฟกต์อุโมงค์ปรากฏอยู่ในปรากฏการณ์ทางกายภาพจำนวนหนึ่งและมีการใช้งานที่สำคัญในทางปฏิบัติ ลองยกตัวอย่างบ้าง
1. การปล่อยอิเล็กตรอนสนาม (เย็น) ของอิเล็กตรอน.
ใน 
ในปีพ.ศ. 2465 มีการค้นพบปรากฏการณ์การปล่อยอิเล็กตรอนเย็นจากโลหะภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้าภายนอกที่รุนแรง กราฟพลังงานศักย์ คุณอิเล็กตรอนจากพิกัด xแสดงในรูป ที่ x
<
0 คือบริเวณของโลหะที่อิเล็กตรอนสามารถเคลื่อนที่ได้เกือบอิสระ ที่นี่พลังงานศักย์ถือว่าคงที่ ผนังที่มีศักยภาพจะปรากฏขึ้นที่ขอบเขตของโลหะ เพื่อป้องกันไม่ให้อิเล็กตรอนหลุดออกจากโลหะ และสามารถทำได้โดยการรับพลังงานเพิ่มเติมเท่ากับหน้าที่การทำงานเท่านั้น ก.
ภายนอกโลหะ (ณ x >
0) พลังงานของอิเล็กตรอนอิสระไม่เปลี่ยนแปลง ดังนั้นเมื่อ x> 0 กราฟ คุณ(x)
ไปในแนวนอน ให้เราสร้างสนามไฟฟ้ากำลังแรงใกล้กับโลหะ ในการดำเนินการนี้ ให้นำตัวอย่างโลหะที่มีรูปร่างคล้ายเข็มแหลมคมแล้วต่อเข้ากับขั้วลบของแหล่งกำเนิด ข้าว. 1.9 หลักการทำงานของกล้องจุลทรรศน์แบบอุโมงค์
ka แรงดันไฟฟ้า (มันจะเป็นแคโทด); เราจะวางอิเล็กโทรด (แอโนด) อีกอันไว้ใกล้ ๆ ซึ่งเราจะเชื่อมต่อขั้วบวกของแหล่งกำเนิด หากความต่างศักย์ระหว่างแอโนดและแคโทดมากเพียงพอ ก็สามารถสร้างสนามไฟฟ้าที่มีความแรงประมาณ 10 8 V/m ใกล้กับแคโทดได้ สิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นที่ส่วนต่อประสานระหว่างโลหะกับสุญญากาศจะแคบลง อิเล็กตรอนจะรั่วไหลผ่านและออกจากโลหะไป
การปล่อยสนามถูกนำมาใช้เพื่อสร้างหลอดสุญญากาศที่มีแคโทดเย็น (ปัจจุบันเลิกใช้แล้ว) ขณะนี้พบการใช้งานแล้ว กล้องจุลทรรศน์แบบอุโมงค์,คิดค้นในปี 1985 โดย J. Binning, G. Rohrer และ E. Ruska
ในกล้องจุลทรรศน์แบบอุโมงค์ โพรบซึ่งเป็นเข็มบางๆ จะเคลื่อนที่ไปตามพื้นผิวที่กำลังศึกษา เข็มจะสแกนพื้นผิวที่กำลังศึกษา โดยอยู่ใกล้มากจนอิเล็กตรอนจากเปลือกอิเล็กตรอน (เมฆอิเล็กตรอน) ของอะตอมบนพื้นผิว เนื่องจากคุณสมบัติของคลื่น สามารถเข้าถึงเข็มได้ ในการดำเนินการนี้ เราใช้ "บวก" จากแหล่งกำเนิดไปที่เข็ม และ "ลบ" กับตัวอย่างที่กำลังศึกษา กระแสน้ำในอุโมงค์เป็นสัดส่วนกับค่าสัมประสิทธิ์ความโปร่งใสของสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นระหว่างเข็มกับพื้นผิว ซึ่งตามสูตร (1.7.16) ขึ้นอยู่กับความกว้างของสิ่งกีดขวาง ล- เมื่อสแกนพื้นผิวของตัวอย่างด้วยเข็ม กระแสในอุโมงค์จะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับระยะทาง ล, ทำซ้ำโปรไฟล์พื้นผิว การเคลื่อนไหวที่แม่นยำของเข็มในระยะทางสั้น ๆ ดำเนินการโดยใช้เอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริก ด้วยเหตุนี้เข็มจึงถูกยึดไว้บนแผ่นควอทซ์ซึ่งจะขยายหรือหดตัวเมื่อใช้แรงดันไฟฟ้า เทคโนโลยีสมัยใหม่ทำให้สามารถผลิตเข็มที่บางจนมีเพียงอะตอมเดียวที่ปลายของมัน
และ 
ภาพจะเกิดขึ้นบนหน้าจอคอมพิวเตอร์ ความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์แบบอุโมงค์นั้นสูงมากจนทำให้คุณ “เห็น” การจัดเรียงอะตอมแต่ละอะตอมได้ รูปที่ 1.10 แสดงภาพตัวอย่างพื้นผิวอะตอมของซิลิคอน
2. กัมมันตภาพรังสีอัลฟ่า ( – การสลายตัว- ในปรากฏการณ์นี้ การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นเองของนิวเคลียสกัมมันตภาพรังสีเกิดขึ้น โดยเป็นผลให้นิวเคลียสหนึ่งนิวเคลียส (เรียกว่านิวเคลียสแม่) ปล่อยอนุภาค และกลายเป็นนิวเคลียส (ลูกสาว) ใหม่ที่มีประจุน้อยกว่า 2 หน่วย ขอให้เราระลึกว่าอนุภาค (นิวเคลียสของอะตอมฮีเลียม) ประกอบด้วยโปรตอนสองตัวและนิวตรอนสองตัว
อี 
หากเราสมมติว่าอนุภาค α มีอยู่ในรูปแบบเดียวภายในนิวเคลียส กราฟของการพึ่งพาพลังงานศักย์ของมันบนพิกัดในสนามของนิวเคลียสกัมมันตภาพรังสีจะมีรูปแบบแสดงในรูปที่ 1.11 มันถูกกำหนดโดยพลังงานของอันตรกิริยารุนแรง (นิวเคลียร์) ซึ่งเกิดจากการดึงดูดของนิวคลีออนซึ่งกันและกันและพลังงานของอันตรกิริยาของคูลอมบ์ (การขับไล่โปรตอนด้วยไฟฟ้าสถิต)
เป็นผลให้เป็นอนุภาคในนิวเคลียสที่มีพลังงาน อี ตั้งอยู่ด้านหลังสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้น เนื่องจากคุณสมบัติของคลื่น จึงมีความเป็นไปได้บางประการที่อนุภาค จะจบลงนอกนิวเคลียส
3. เอฟเฟกต์อุโมงค์เข้าพี- n- การเปลี่ยนแปลงใช้ในอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์สองประเภท: อุโมงค์และ ไดโอดกลับด้าน- คุณลักษณะของอุโมงค์ไดโอดคือการมีส่วนที่ตกลงมาบนกิ่งตรงของลักษณะแรงดันไฟฟ้าปัจจุบันซึ่งเป็นส่วนที่มีความต้านทานส่วนต่างเป็นลบ สิ่งที่น่าสนใจที่สุดเกี่ยวกับไดโอดย้อนกลับคือเมื่อเชื่อมต่อแบบย้อนกลับ ความต้านทานจะน้อยกว่าเมื่อเชื่อมต่อแบบย้อนกลับ สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับทันเนลและไดโอดถอยหลัง ดูหัวข้อ 5.6
