microscopio a effetto tunnel

L’effetto tunnel e le sue applicazioni: la nascita del microscopio a scansione a effetto tunnel (STM)

di Marco Piumetti

microscopio STM presso University of Maryland

microscopio STM presso University of Maryland

La natura degli atomi è molto diversa dal mondo che sperimentiamo quotidianamente.  Tutto ciò, vale a dire il comportamento di piccole particelle come gli atomi e gli elettroni, era già stato scoperto all’inizio del secolo scorso e descritto dalla meccanica quantistica.  Grazie ad essa, oggi sappiamo che l’atomo non può essere considerato come una sfera rigida e gli elettroni non ruotano intorno ad un centro.  In realtà, gli elettroni possono muoversi anche nello spazio esterno all’atomo, e questo è quello che si chiama effetto tunnel.
Il tunnelling quantistico (o effetto tunnel) venne postulato per la prima volta nel 1928 dal fisico ucraino George Gamow per spiegare il decadimento alfa, in cui una particella ⍺ (un nucleo di elio, 4He) viene emessa da un nucleo in quanto riesce a superarne la barriera di potenziale.

Fig. 1 - Formazione di una superficie increspata per effetto tunnel

Fig. 1 – Formazione di una superficie increspata per effetto tunnel

Nella meccanica classica la legge di conservazione dell’energia prevede che una particella possa superare un determinato ostacolo (o barriera di potenziale) soltanto se essa possiede un’energia sufficiente.  Ad esempio, per fare risalire una palla in cima ad una collina, e farla rotolare lungo il crinale opposto, sarà necessario imprimerle una velocità (e quindi fornirle un’energia cinetica) almeno pari all’energia potenziale del punto di massima altezza (E cinetica ≥ E potenziale).

continua

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