벽을 뚫는 입자 (터널 효과)
Quantum tunneling
넘을 힘이 모자란 벽에 부딪힌 전자가, 벽 너머에서 발견될 수 있을까요?
무슨 일이 일어났나
터널 효과는 알갱이가 넘을 에너지가 모자란 벽(퍼텐셜 장벽)을, 파동처럼 스며 지나가는 양자 현상입니다.
Lindau 노벨 수상자 소개에 따르면 에사키는 파동 함수 때문에 일부 알갱이가 장벽을 지나간다는 것을 반도체 다이오드에서 보였고, 그 소자는 1957 년부터 만들어졌습니다.
시뮬레이터는 슈뢰딩거 방정식을 풀어, 3 eV 전자가 5 eV · 0.4 nm 벽에서 0.0119 만 지나가고 0.988 은 되튕기는 모습을 보여 줍니다.
벽 속에서 파동은 138 pm 마다 e 분의 1 로 줄어들어서, 벽을 0.2 nm 로 얇게 하면 지나가는 몫이 0.192 로 크게 늡니다.
APS 에 따르면 2025 년 노벨 물리학상은 맨눈으로 볼 만큼 큰 전기 회로에서 일어나는 거시적 터널 효과와 에너지 양자화를 찾은 클라크 · 드보레 · 마티니스에게 돌아갔습니다.
💡 생활 속 예시
- USB 메모리 같은 플래시 메모리는 얇은 절연막 너머 칸에 전자를 넣고 빼서 0 과 1 을 기록하는데, 이때 전자가 막을 뚫고 지나는 터널 효과를 씁니다.
- 놀이터 담장으로 공을 굴리면 담이 높은 만큼 공은 꼭 되돌아오지만, 전자는 같은 처지에서 일부가 담 너머에서 발견됩니다 — 담이 얇을수록 더 많이.
🙅 오해 깨기오해 모음 보기
터널 효과는 원자보다 작은 세계에서만 일어나, 손으로 만든 회로에서는 볼 수 없다.
APS 에 따르면 2025 년 노벨 물리학상은 맨눈으로 볼 만큼 큰 회로의 조지프슨 접합에서 전자 쌍(쿠퍼 쌍)이 장벽을 터널링하는, 거시적 터널 효과를 찾은 연구에 주어졌습니다. 출처
누가 왜 찾았나
Lindau 노벨 수상자 소개에 따르면 에사키 레오나는 반도체 다이오드에서 전자 일부가 파동 함수 덕분에 장벽을 지나간다는 것을 보였고, 곧 소니가 될 회사가 1957 년부터 이 소자를 만들었습니다. 그는 1973 년 반도체 · 초전도체의 터널 현상을 찾은 예이버 · 조지프슨과 함께 노벨 물리학상을 받았습니다.
확인된 값
- 2025 노벨 물리학상 수상 이유 (클라크 · 드보레 · 마티니스)
- 2025 출처
- 조지프슨 접합에서 쿠퍼 쌍이 장벽을 터널링한다
- Josephson junction 출처
- 맨눈으로 볼 만큼 큰 회로에서 일어남
- visible circuit 출처
- 에사키 터널 다이오드를 만들기 시작한 해 (훗날 소니)
- 1957 출처
- 파동 함수 때문에 일부 입자가 퍼텐셜 장벽을 지나간다
- through barrier 출처
- 1973 노벨 물리학상 (에사키 · 예이버 · 조지프슨)
- 1973 출처
- 작은 전압을 걸면 바늘과 표면 사이에 터널 전류가 흐른다 (NIST)
- tunneling current 출처
교육과정에서는
- 한국 2022 · 전자기와 양자 · 양자와 미시세계 [12전자03-03]
출처
이어서 보기
같은 단원 · 원자와 양자 역학
- 개념보스–아인슈타인 응축
- 개념원자의 에너지 계단 (에너지 준위와 선 스펙트럼)
- 개념양자 얽힘 (벨 부등식)
- 개념양자 중첩 (슈뢰딩거의 고양이)
- 개념색이 살짝 바뀌어 돌아오는 빛 (라만 산란)
- 개념슈뢰딩거 방정식
- 개념불확정성 원리
- 왜? 질문작은 입자는 왜 넘을 힘이 없는 벽을 뚫고 지나갈 수 있을까?
- 왜? 질문전자는 왜 원자핵으로 떨어지지 않을까?
- 왜? 질문멀리 떨어진 얽힌 두 입자는 왜 결과가 맞아떨어질까?
- 왜? 질문네온사인은 왜 기체마다 다른 색으로 빛날까?
- 왜? 질문양자 컴퓨터의 큐비트는 왜 0 과 1 을 함께 가질 수 있을까?
- 왜? 질문레이저를 비추면 물질마다 왜 조금 다른 색 빛이 섞여 돌아올까?
- 작동 원리형광등
- 작동 원리주사 터널링 현미경 (STM)
- 실험프랑크–헤르츠 실험 (원자의 에너지 계단)
- 실험폰으로 보는 어둠 속 빛 알갱이 (어두운 사진의 잡음)
- 실험슈테른–게를라흐 실험 (둘로 갈라진 은 원자 빔)