トンネル効果は古典力学では説明できない効果として知られています。バリアの高さよりも低いエネルギーを持つ粒子は、通過する確率が非常に低くなりますが、ゼロではありません。
障壁のトンネル部分に、入射粒子のエネルギーに応じたエネルギーをもつ局在状態が 1 つ以上存在する場合に、壮観な現象が現れます。このような局在状態は、不純物の原子状態である場合もあれば、逆に、作成された量子井戸の離散レベルである場合もあります。
任意のプロセスによって離散状態が特定の瞬間に占有されていると仮定すると、バリアの外側のアクセス可能な状態に向かってその状態が過疎化する確率は、境界を接するバリアを通るトンネル効果によって過疎を引き起こすことになります (したがって、レベルは準リンクされているだけです)。これが寿命の源であり、井戸レベルの幅です。説明のレベルでは、これは原子の輝線の自然な幅の原因となる効果と同様の効果です。
共鳴トンネル効果は、このような量子系に外部から準束縛準位に近いまたは同等のエネルギーが接近したときに現れます。それぞれの入口または出口の障壁を単独で通過する確率は非常に低いですが、井戸のレベルとの共鳴により、準結合粒子の寿命のオーダーに相当する比較的長い時間、量子粒子が捕捉されます。レベルですが、このトラップによりパーティクルは全体を横切ることができます。たとえ厚いバリアであっても、バリアの透過率は 1 に近づく可能性があります。
いくつかの共鳴障壁が互いに続き、顕著な透過率の帯域が明らかになっていることがわかります。
例
単純なモデルとして、数 nm 離れた 2 つの長方形のポテンシャル障壁を考えてみましょう。バリアの高さが無限の場合、離散レベルの計算は非常に簡単になります。高さの有限性と、ここでの右と左への有限な拡張により、レベルが下方向に移動し、レベルの幅 (言い換えれば、寿命) が現れます。
反対側の図は、エネルギー スキャンによって得られたバリアの透過率を示しています。この曲線は、共鳴に特有のローレンツ関数の特徴的な形状に従います。時間的側面の強調は、左から来る入射粒子に関連する波束を追跡すると観察でき、そのエネルギースペクトルは共鳴曲線をカバーしています。
波動関数の大部分が送信されていること、受信パケットと比較してかなり歪んでいること、およびバリアを通過する必要のなかったパケットよりも遅れていることが観察されます。波動関数が計算される時点では、中央のウェルにはまだデータが含まれています。2 つの空き半空間に向かって徐々に空になります。 「フリー」パケットのピークと送信部分の間の遅延は、準フリー レベルの存続期間Δtに対応します。つまり、次のようになります。
- $$ {\Delta E\Delta t=\hbar} $$。
