Ein schönes Video das einen wichtigen Unterschied zwischen Quantenwelt und unserer Welt erklärt:

In der Quantenwelt geschehen Dinge probabilistisch – also mit bestimmten Wahrscheinlichkeiten. Wir sind nicht daran gewöhnt, dass ein Ball der bergauf laufen könnte stattdessen durch den Berg springen würde. Genau dies kann aber in der Quantenwelt geschehen, mit einer Wahrscheinlichkeit, die (exponentiell) mit der Größe der Barriere abnimmt.

Und das ist nicht nur ein netter kleiner Effekt – das ist von ungeheuerlicher Wichtigkeit für unsere Welt. Denn Transistoren, die Bausteine eures Computers und Handys und fast jeden elektronischen Teiles, nutzen gerade diesen Effekt aus:

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Die Spannungen an der Basis nämlich bestimmt die Wahrscheinlichkeit, dass Elektronen durch die Basis tunneln können – und so lässt sich der Transistor als Schalter verwenden.

Ein anderes Beispiel aus der Chemie ist das Ammoniak-Molekül:

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Bildquelle: Mads Johansen unter CC 2.0

Hier sitzen die drei Wasserstoff-Moleküle in einer Ebene und das Stickstoff-Atom in der Mitte darüber. Die Ebene ist wie eine Barriere für das Atom. In der Tat aber kann es durch diese hindurch tunneln und entweder links oder rechts davon sitzen. Genauer schwingt es sogar zwischen den beiden Positionen hin und her, mit einer Frequenz von 24 GHz, mit einer sehr feinen Spektrallinie die man prima detektieren kann – und so sogar interstellaren Ammoniak findet.

Und auch die radioaktive Alphastrahlung erklärt sich durch den Tunneleffekt – wie Heliumkerne aus größeren Atomkernen entkommen hatte ich schonmal notiert.



Kommentare (3)

  1. #1 Christian Berger
    08/15/2011

    Kleine Anmerkung zum Schaltbild mit dem Transistor. Es ist hier ein pnp Typ gezeichnet. Die verwendet man seltener als die npn Typen. Der Pfeil unten beim Emitter gibt die Stromflussrichtung an. Folglich hat in diesem Schaltbild die Masse das positivste Potential. Das ist nicht falsch, aber ungewöhnlich.

  2. #2 Gerhard Brunthaler
    08/16/2011

    Das mit dem Transistor stimmt nicht ganz. Die Basis bildet eine relativ breite Barriere, allerdings schmal genug, dass die Elektronen im Leitungsband zu wenig Zeit haben um in das Valenzband zu fallen und sich mit einem Loch gegenseitig auszulöschen. Aber die Elektronen überwinden die Barriere durch thermische Anregung, die mit zunehmender Energie exponentiell unwahrscheinlich wird. Daher kommt in der Diodengleichung und in gewissen Kennlinien ein Exponentialgesetz vor. Es hat aber nichts mit Tunneln zu tun. Es gibt schon eine Tunneldiode, dort tunnelt das Elektron bei starkem Spannungsabfall durch die verbotene Energielücke bei konstanter Energie direkt ins Valenzband.

  3. #3 Norbert Renz
    04/07/2014

    @Gerhard Brunthaler

    Kann so nicht stimmen. Wenn die Überwindung der Barriere durch thermische Anregung geschieht, dann müsste die Transistorfunktion durch den Basisstrom temperaturgesteuert sein, das wäre viel zu langsam. Es muss also etwas anderes sein. Vielleicht die kinetische Energie der Elektronen im Basisstromkreis?