Tunelamento quântico
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Tunelamento quântico (ou efeito túnel) é um fenômeno da mecânica quântica no qual partículas podem transpor um estado de energia classicamente proibido. Isto é, uma partícula pode escapar de regiões cercadas por barreiras potenciais mesmo se sua energia cinética for menor que a energia potencial da barreira. Existem muitos exemplos e aplicações para os quais o tunelamento tem extrema importância, podendo ser observado no decaimento radioativo alfa, na fusão nuclear, na memória flash, no diodo túnel e no microscópio de corrente de tunelamento (STM).[1]
O tunelamento é uma consequência da natureza ondulatória da matéria, na qual a função de onda quântica descreve o estado de uma partícula ou outro sistema físico, e equações de onda como a equação de Schrödinger descrevem seu comportamento. A probabilidade de transmissão de um pacote de ondas através de uma barreira diminui exponencialmente com a altura da barreira, a largura da barreira e a massa da partícula de tunelamento, de modo que o tunelamento é visto mais proeminentemente em partículas de baixa massa, como elétrons ou prótons, tunelando através de barreiras microscopicamente estreitas. O tunelamento é facilmente detectável com barreiras de espessura de cerca de 1–3 nm ou menor para elétrons, e cerca de 0,1 nm ou menor para partículas mais massivas, como prótons ou átomos de hidrogênio.[2] Algumas fontes descrevem a mera penetração de uma função de onda na barreira, sem transmissão do outro lado, como um efeito de tunelamento, como na escavação de um túnel nas paredes de um poço de potencial finito. [3]
O tunelamento desempenha um papel essencial em fenômenos físicos como a fusão nuclear e o decaimento radioativo alfa dos núcleos atômicos. As aplicações de tunelamento incluem o diodo de túnel, [4] computação quântica, memória flash e microscópio de tunelamento de varredura. O tunelamento limita o tamanho mínimo dos dispositivos usados na microeletrônica porque os elétrons fazem túnel facilmente através de camadas isolantes e transistores que são mais finos que cerca de 1 nm.
Neste fenômeno consolidam-se conceitos imprescindíveis para a mecânica quântica, como a natureza ondulatória da matéria, a função de onda associada a partículas e o princípio da incerteza de Heisenberg.[5]