Кіріспе

Кванттық механикадағы ұғым. Потенциалдық ұңғыма – потенциалдық энергияның жергілікті минимум аймағын қоршап тұрған кеңістік. Потенциалдық ұңғымада тұтылған энергия, энергияның басқа түріне (мысалы, гравитациялық потенциалдық ұңғымада кинетикалық энергияға) айнала алмайды, себебі ол потенциалдық ұңғыманың жергілікті минимумда тұтылады. Сондықтан, дене энтропияға байланысты табиғи түрде орын ауыстыруға бейім болғанымен, потенциалдық энергияның жаһандық минимумға жете алмайды.

Шолу

Егер жүйеге жергілікті максимумты басып өтуге жеткілікті энергия қосылса, потенциалдық ұңғымадан энергия босатылуы мүмкін. Кванттық физикада, кванттық бөлшектердің ықтималдық қасиеттеріне байланысты, потенциалдық энергия қосымша энергиясыз-ақ потенциалдық ұңғымадан шығып кетуі мүмкін; мұндай жағдайларда бөлшектің потенциалдық ұңғыма қабырғалары арқылы тоннельдеуі мүмкін деп елестетуге болады. 2D потенциалдық энергия функциясының графигі – потенциалдық энергия беті болып табылады, оны дөңгелектер мен сайлармен толы ландшафттағы Жер беті ретінде көзге елестетуге болады. Онда потенциалдық ұңғыма барлық жағынан жоғарырақ жерлермен қоршалған сай болады, оны сумен толтыруға болады (мысалы, көлге айналдыруға болады), су ешқандай төменгі минимумға (мысалы, теңіз деңгейіне) ағып кетпейді. Гравитация жағдайында, массаның маңындағы аймақ – гравитациялық потенциалдық ұңғыма болып табылады, егер массаның тығыздығы соншалықты төмен болмаса, басқа массалардың күштері дененің өзінің гравитациясынан артық болады. Потенциалдық төбе – потенциалдық ұңғыманың керісі және жергілікті максимумды қоршаған аймақ.

Кванттық тұтқындау

Кванттық тұтқындау материалдың диаметрі электрондық толқын функциясының де Бройль толқын ұзындығымен шамалас болғанда байқалады. Материалдар осы деңгейде кішкентай болғанда, олардың электрондық және оптикалық қасиеттері көлемдік материалдардан айқын түрде өзгеше болады. Бөлшек, шектейтін өлшем бөлшектің толқын ұзындығымен салыстырғанда үлкен болғанда, еркіндей әрекет етеді. Осы күйде, энергия жолағының ені үздіксіз энергия күйіне байланысты бастапқы мәнінде сақталады. Дегенмен, шектейтін өлшем азайғанда және әдетте наноөлшемде белгілі бір шекке жеткенде, энергия спектрі дискретті болады. Нәтижесінде, энергия жолағының ені өлшемге тәуелді болады. Бөлшектердің мөлшері кішірейгенде, электрондар мен электрондық тесіктер жақындасады, оларды белсендіруге қажетті энергия артады, бұл жарық шығарудың көк түске қарай ығысуына әкеледі. Атап айтқанда, бұл эффект электрондар мен электрондық тесіктердің экситон Бор радиусы деп аталатын кванттық өлшемге жақындаған өлшемге сығылғанда туындайтын құбылысты сипаттайды. Қазіргі қолданыста кванттық нүкте (мысалы, кішкентай шар) үш өлшемде, кванттық сым екі өлшемде, ал кванттық құдық бір өлшемде шектеледі. Бұлар сәйкесінше нөлдік, бір және екі өлшемді потенциалдық құдықтар деп те аталады. Бұл жағдайларда, шектелген бөлшек еркін тасымалдаушы ретінде әрекет ете алатын өлшемдердің санын көрсетеді. Биотехнология және күн батареялары саласындағы қолданыс мысалдары үшін төмендегі сыртқы сілтемелерді қараңыз.