물리 · 터널 효과

장벽 너머의 터널 효과

장벽의 폭과 높이를 바꾸며 전자가 건너편에서 검출될 가능성을 비교하세요.

장벽 너머의 터널 효과 개념 그림

시뮬레이션은 브라우저에서 실행됩니다. 실험 조건을 바꾸기 전에 학습 목표와 탐구 질문을 살펴보세요.

이 실험에서 알아볼 내용

전자 에너지보다 높은 장벽에서도 투과가 가능하며, 한 번의 검출 결과와 투과 확률은 다르다는 점을 탐구하세요.

교과와 단원

2022 개정 전자기와 양자 · 양자와 미시세계. 터널 효과의 확률성과 장벽 조건에 따른 경향을 정성적으로 탐구합니다. 수치는 단순 장벽 학습 모형의 예측이며 실제 STM이나 반도체 장치의 성능값이 아닙니다.

연계 성취기준: 12전자03-03

탐구 질문과 해설

1. 전자 에너지를 그대로 두고 장벽을 두껍게 하면 어떻게 될까요?

투과 확률이 작아집니다. 장벽 높이는 그대로여도 폭이 결과에 큰 영향을 줍니다. 폭을 0으로 만들면 장벽이 사라져 모두 투과하지만, 폭이 있는 장벽에서는 반사와 투과가 확률적으로 나뉩니다.

2. 100번 중 투과가 한 번도 없으면 투과 확률이 정확히 0일까요?

그렇지는 않습니다. 가능성이 아주 작으면 100번 관찰해도 투과를 보지 못할 수 있습니다. 모형의 예측 확률과 이번 검출 횟수를 구분하세요. 투과한 전자가 장벽을 넘기 위해 에너지를 빌리거나 잃는다는 뜻도 아닙니다.

모형의 가정과 실제 현상과의 차이

전자 한 개의 에너지가 일정한 1차원 사각 퍼텐셜 장벽에 입사하는 정상상태 모형입니다. 전자 에너지는 0.5–4.5 eV, 장벽 높이는 5–10 eV, 폭은 0–1 nm로 두어 폭이 있을 때 항상 전자 에너지보다 장벽이 높습니다. 사각 장벽의 경계 조건으로 얻은 정확한 투과율을 사용합니다. 투과와 반사의 확률 합은 1이고, 장벽 양쪽의 퍼텐셜이 같으므로 투과 후 에너지는 입사 에너지와 같습니다. 100번의 검출은 이 확률을 사용한 가상 표본이며 실제 실험 데이터가 아닙니다. 조건 비교를 위해 같은 난수열을 재사용합니다. 점 한 개는 한 번의 검출이고, 검출 전 전자의 고전적 이동 경로는 그리지 않습니다. 화면 8초는 표본을 펼쳐 보이는 학습 시간입니다. 상호작용·흡수·시간에 따른 파동묶음·실제 물질의 장벽 모양은 생략합니다. 투과율 식의 유도와 계산 숙달을 요구하는 모형이 아닙니다.

참고 자료

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  2. 02

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  3. 03

    관찰하고 다시 실험해요

    화면, 수치, 그래프를 비교해 보세요. 초기화를 누르면 처음 조건으로 돌아갑니다.

선생님을 위한 작은 팁

학생에게 결과를 예상하게 한 뒤, 한 가지 변수만 바꾸어 비교하도록 안내해 주세요. 각 실험 아래에서 모형의 가정과 참고 자료를 확인할 수 있습니다.

사이트 안에서는 별도 계정을 만들지 않아요. 실험 조건과 결과는 브라우저에서 계산합니다. 데이터 처리에 관한 자세한 내용은 개인정보 안내에서 확인할 수 있어요. 키보드의 Tab 키로 이동하고 방향키로 슬라이더를 조절할 수 있어요.