Utazások alagúteffektussal

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Utazások alagúteffektussal"

Ottó Dudás
8 évvel ezelőtt
Látták:

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

2 Click into image to start animation

4 Köszönet László P. Biró Philippe Lambin

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

6 A potenciális energia (2) Konzervatív erőtér esetén ( ha nincs súrlódás ): E mech = E mozg + E pot E pot E mech E mozg x

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

8 A potenciális energia (3) E pot E mech E mozg F F F F F F F x x

9 Klasszikusan tiltott tartomány E pot E mech E mozg x Az E pot >E mech tartományba nem tud behatolni a részecske, mert a tartomány szélén E mozg =0, v=0, tehát visszafordul!

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

11 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!

12 Alagútjelenség: példa (2) A Napban az energiát hidrogén fúzió termeli, ha két hidrogén atommag egyesül, hélium keletkezik és energia. Click into image to start animation De az atommagok pozitív töltése taszítja egymás: a magok nem tudnak elég közel jutni egymáshoz a Napban ehhez nincs elég meleg! Segít az alagúteffektus! Click into image to start animation

Click into image to start animation De az atommagok pozitív töltése taszítja egymás: a

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

14 Méretskálák

15 Méretskálák Méretskála 10 km 1 km 100 m 10 m 1 m 10 cm 1 cm 1 mm 100 um 10 um 1 um 100 nm Biológia Legmagasabb fa Nagy hal Embergyermek Nagy rovar Legkisebb hal Legkisebb rovar Növényi sejt Állati sejt Baktérium Vírus Technológia Hosszú híd Hosszú vonat Hajó Autóbusz Autómotor Mobiltelefon Karóra Pici gép

Legkisebb hal Legkisebb rovar Növényi sejt Állati sejt Baktérium Vírus

16 A nanofizika skálái TÉR 1 Angstrom = m 1 m 10 millió km = m IDŐ 1 femto sec = s 1 s 31 millió év = s TÖRVÉNYEK Kvantum Klasszikus

17 Legó atomokkal

18 Miféle csipesszel tudjuk megfogni és odébtenni az atomokat? Click into image to start animation Pásztázó alagút mikroszkóp (STM) Nobel díj: 1986

19 A nanovilág megközelítése Nincs közvetlen érzékszervi tapasztalatunk a nanovilágról A nanovilágról tudósító minden mérés közvetett és nehezen értelmezhető Az elméleti fizika számára általában túl bonyolultak a nanorendszerek A nanovilág számítógépes szimulációja segíthet!!!

nehezen értelmezhető Az elméleti fizika számára általában túl

20 A nanofizika skálái TÉR 1 Angstrom = m 1 m 10 millió km = m IDŐ 1 femto sec = s 1 s 31 millió év = s TÖRVÉNYEK Kvantum Klasszikus

21 Más méretskálán mások a fizika törvényei is! Nagy skála (galaxisok): általános relativitáselmélet Emberi méretskála: klasszikus fizika Kis skála (elektronok): kvantummechanika

22 Kvantummechanika szemléltetése: kétréses kísérlet klasszikus eset Focilabda

23 Kvantummechanika szemléltetése: kétréses kísérlet kvantumos eset Ezekre a helyekre sose megy az elektron! Elektron forrás Akadály két nyílással Click into image to start animation Fluoreszkáló ernyő Középre is jut részecske! Ezekre a helyekre sose megy az elektron!

24 Az anyag hullámtermészete

25 A hullámfüggvény hullámfüggvény helyvektor idő A kvantummechanikai hullámfüggvény azt határozza meg, adott helyen és adott időpontban mekkora valószínűséggel és milyen fázissal található meg a részecske.

26 Schrödinger egyenlet: a kvantummechanika mozgásegyenlete Hamilton operátor hullámfüggvény helyvektor idő idő deriválás

27 A hullámcsomag dinamikai módszer Bejövő hullámcsomag Szóráskísérlet Fekete doboz a számítógépben Szórt hullámcsomag Real(Psi) Abs(Psi) 2 Click into image to start animation Click into image to start animation

28 Az alagútjelenség a hullámcsomag dinamikában A Ψ(x,y;t) hullámfüggvény valós része A ρ(x,y;t) megtalálási valószínűség

29 STM alagutazási geometria

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

31 Egy szintfelület időfejlődése (1) STM tű nanocső hordozó Click into image to start animation Az elektron a tűből indul A szintfelület ábrázolási dobozon belüli részét látjuk.

32 WPD calculation for a GNR II: Time development G. I. Márk et al, Physica E, EMRS 2007 L-M

33 Comparison of WP time development for straight GNR and 30 o bent junction Click into image to start animation

34 Comparison of WP time development for straight GNR and 30 o bent junction t = 0.00 fs t = 1.22 fs t = 3.08 fs t = 5.96 fs

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

36 Web-Schrödinger használata Potenciál megadása Kezdő Ψ hullámfüggvény megadása Ψ időfejlődés kiszámolása (szerver) Időfejlődés ábrázolása

37 Web-Schrödinger példa

38 Web-Schrödinger példa

39 Click into image to start anima

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

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

42 Köszönöm a figyelmet!

Hasonló dokumentumok

Lehet-e tökéletes nanotechnológiai eszközöket készíteni tökéletlen grafénból?

Lehet-e tökéletes nanotechnológiai eszközöket készíteni tökéletlen grafénból? Márk Géza, Vancsó Péter, Nemes-Incze Péter, Tapasztó Levente, Dobrik Gergely, Osváth Zoltán, Philippe Lamin, Chanyong Hwang,