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TunneleffektZoomA-Z

Fachgebiet - Quantenphysik

Der Tunneleffekt bezeichnet ein quantenmechanisches Phänomen, das sich nicht mit den Gesetzen der klassischen Physik, jedoch mithilfe der Quantenmechanik erklären lässt.

Sperrt man z.B. ein atomares Teilchen (z. B. ein Elektron) in einen Potenzialtopf, so hat es gleich mehrere besondere Eigenschaften:

1. das Elektron kann nur eine diskrete Auswahl von Energiewerten einnehmen;

2. der niedrigste Energieeigenwert liegt nicht bei Null, sondern bei einer Nullpunktsenergie größer Null;

3. das Elektron lässt sich auf Dauer nicht einsperren, es sei denn das einsperrende Potenzial ist unendlich hoch.

Die Aussage von Punkt 3 entspricht letztendlich dem Tunneleffekt, denn ein Elektron kann ein Potenzial überwinden, auch wenn seine Energie hierzu eigentlich nicht ausreicht. Bei diesem Vorgang durchdringt das Elektron praktisch einen Potenzialwall - man sagt, es durchtunnelt den Potenzialwall. Dieser Vorgang ist insbesondere aufgrund von Punkt 2 ohne Energiezufuhr möglich.

Theoretisch erklärt wird der Tunneleffekt durch die Quantenmechanik. Löst man die Schrödinger-Gleichung für diesen Fall, so wird die resultierende Wellenfunktion für Orte außerhalb des Potenzialtopfs eine sehr kleine, aber von Null verschiedene Aufenthaltswahrscheinlichkeit für das Elektron angeben.

Als wichtigste Anwendung des Tunneleffekts ist das Rastertunnelmikroskop anzusehen.

Lerneinheiten, in denen der Begriff behandelt wird

RadioaktivitätLevel 145 min.

ChemieAllgemeine ChemieAtombau

Schwere Atomkerne haben die Eigenschaft, unter Aussendung von Strahlung, zu zerfallen. Sie sind radioaktiv. Neben dem soeben beschriebenen natürlichen Zerfall, können Kerne auch beim Zusammenstoß mit anderen Teilchen zerfallen. Diese Lerneinheit bietet eine Einführung in das Thema Radioaktivität und radioaktive Strahlung.