През стената: Тунелен ефект в макрокосмоса

Няма значение дали сериозно сте се опитали да преминете през стената, знаете: това е невъзможно. За нас - но не за елементарни частици, които са способни на нещо подобно, когато се прояви тунелният ефект.

Представете си, да речем, електрон в определено енергийно състояние, като топка, разположена в вдлъбнатина на гофрирана повърхност. За да прескочи маргаритката и да се озове в друга вдлъбнатина, той се нуждае от енергия, за да преодолее бариерата. Така би било, ако това беше наистина топка и кота - но в света на квантовата механика частица може да преодолее енергийната бариера и да не получи достатъчно енергия за това, „тунел“ през нея и изведнъж „материализирайки се“ от другата страна.

Въпреки странността от гледна точка на познатата логика, тунелният ефект е многократно демонстриран в лабораторията и дори се използва в технологиите - например в едноименните диоди или някои видове компютърни твърди дискове. Приложението му като основа за работата на сканиращи тунелни микроскопи е още по-известно: най-тънката игла сканира повърхността на пробата и когато към нея се прилага малко напрежение между нея и пробата през малко разстояние, което ги разделя, тунелен ток, поток от тунелирани заредени частици. Силата на този ток ви позволява точно да определите разстоянието от иглата до повърхността и да разгледате релефа му буквално с атомна разделителна способност.

За щастие или не, тунелният ефект не се наблюдава в макрокосмоса. По-точно, тя не беше наблюдавана доскоро: всичко може да бъде променено чрез интересна работа, публикувана наскоро от финландски учени от групата Mika Sillanpää. За това авторите предлагат да се използва графен „батут“ с размер на микрометър - плоска и здрава еластична въглеродна плоча с дебелина само един атом.

Графенова мембрана с приложено към нея ниско напрежение е окачена над металния субстрат, така че да има две стабилни конфигурации: малко извита или малко вдлъбната, в която влиза в контакт със субстрата. Електромеханичните взаимодействия създават потенциална бариера между тях. Сега ако мембраната може да се охлади много - до хилядни от степен над абсолютната нула - мембраната няма да може да се колебае между двете благоприятни позиции самостоятелно. Единственият начин тя да премине от едно състояние в друго е чрез тунелиране. И можете да забележите това чрез промяна в капацитета на системата, която възниква поради контакт с метала на основата.

Въпреки своите микроскопични размери, такава мембрана все още е с множество порядки по-големи от отделните атоми и молекули, да не говорим за елементарни частици. Така че, ако тя наистина успее да постигне тунелния ефект, с право можем да кажем за първото му наблюдение в макрокосмоса.

Според авторите на идеята основната технологична трудност може да бъде постигането и поддържането на необходимата ултра ниска температура. В крайна сметка е достатъчно да се появи в системата поне малък излишък от енергия под формата на топлина - и опитът вече не може да се нарече чист. Те обаче работят над това и планират да направят реален експеримент в рамките на следващите няколко години.

Според ScienceNOW

Препоръчано

Просто щракнете върху бутон: история на прости неща
2019
Чукнете, бутилирайте, филтрирайте: каква вода си струва да се пие
2019
Синдром на паник атака: какво представлява и как да се справим с него
2019