물리학실험 - 양자 꿰뚫기
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작성일 23-02-02 17:46
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가까이 있는 원자들 사이의 서로 작용은 졸들은 원자 상태(겹침 상태, degenerate state)를 갈라놓아, 안졸들은 상태(안겹침 상태, nondegenerate state)로 만든다. 전자는 두 개의 스핀 상태가 가능하기 때문에(spin up 과 spin down 또는 스핀 자기양자수 sz = +½ 과 -½), 이들 전자들은 모든 전자 상태를 다 차지하지 못하고 많은 수의 상태가 남게 된다된다. 또, 전기저항을 측정하는 4 탐침 조사방법을 경험하고 양자역학적 꿰뚫기현상을 공부하도록 한다. 이 실험에서는 주변에서 사용되는 몇 가지 재료의 전기 흐름 특성을 조사하고, 이들의 전기전도 구조를 이해하도록 한다. 여기서 말하는 도체(conductor)란 전기를 잘 통하는 물체를 가리키며, 도체의 대부분은 금속(metal) 물질이다.
다. 이에 따라 외부에서 전기마당을 가하거나, 빛을 쪼여주거나, 열을 가하는 방법으로 에너지를 증가시킬 때도 그런 상태가 비어 있었기 때문에 쉽게 상태의 變化가 일어난다. 이 양자역학적 꿰뚫기는 주사 터널링 현미경(scanning tunneling microscope, STM)라는 표면 상태의 원자 구조를 조사하는 실험 도구로 이용되기도 하지만, 더 흔하게는 떼었다 붙였다 할 수 있는 전기 여닫이(스위치)의 접점이나 전기 줄로 쓰이는 구리선을 이을 때 서로 꼬아서 전기를 통하게 하는데도 이용된다. 부도체 막을 사이에 둔 두 금속 사이의 전기전도 property(특성)도 부도체 막의 두께가 매우 얇거나 가해 준 전위차가 크면 전기를 통한다. 또, 전기저항을 측정(measurement)하는 4 탐침 조사방법을 경험하고 양자역학적 꿰뚫기현상을 공부하도록 한다. 원자들간의 거리가 고체 물질에서와 같이 가까워지면(～ 3 Å), 각 원자에 속한 전자들 중 일부가 서로 겹치는 겹치기(overlap)가 일어난다. 따라서 원자들끼리 겹치는 전자의 수가 많을 때 이들은 각각 다른 상태를 가져야 한다. 또, 시공간을 공유하는 전자는 그 양자적인 characteristic(특성)에 크게 지배받는데, 전자와 같이 스핀이 반 정수인 알갱이들은 페르미온으로서 밀어내기 원리(exclusion principle)를 따른다. 전자구조에 따라 물체는 금속(도체), 반도체, 부도체로 나뉜다.
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이제 어떻게 해서 금속 내에 자유전자들이 존재하는가 알아본다.
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물리학실험,양자 꿰뚫기
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물리학실험 - 양자 꿰뚫기
먼저 도체(금속)의 전기전도 characteristic(특성)을 살펴본다. 즉, 전기마당이나 열에 의해 전하의 운동이 생기며, 금속물질의 전기전도도와 열전도도가 큰 이유가 바로 여기에 있따 반면, 부도체들은 원자들이 이온결합을 하거나 공유결합을 하는 등으로 서로 얽매어 자유전자들을 내지 못한다.) 열 전도도도 작다. 이 양자역학적 꿰뚫기는 주사 터널링 현미경(scanning tunneling microscope, STM)라는 표면 상태의 원자 구조를 조사하는 실험 도구로 이용되기도 하지만, 더 흔하게는 떼었다 붙였다 할 수 있는 전기 여닫이(스위치)의 접점이나 전기 줄로 쓰이는 구리선을 이을 때 서로 꼬아서 전기를 통하게 하는데도 이용된다. 따라서 전기 전도도도가 0 이고(실제로는 불순물 등 다른 이유로 0 이 아닌 전기전도도를 갖는다. 이는 양자역학적인 꿰뚫기(터널링) 현상의 한 예이다. 즉, 내부에 알짜 전하(net charge)가 있게 되면, 그로 인한 전기마당에 의해 자유전자들이 재배치됨으로써, 전기마당을 상쇄시킨다.
물체의 전자구조는 양자적인 property(특성)이다. 즉, 둘 이상의 전자가 같은 상태를 동시에 가질 수 없다. 전자구조에 따라 물체는 금속(도체), 반도체, 부도체로 나뉜다.
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물체의 전자구조는 양자적인 특성이다. 이는 양자역학적인 꿰뚫기(터널링) 현상의 한 예이다. 부도체 막을 사이에 둔 두 금속 사이의 전기전도 특성도 부도체 막의 두께가 매우 얇거나 가해 준 전위차가 크면 전기를 통한다. 금속이란 물질 내에 자유로이 움직일 수 있는 전자(자유전자)들이 있어서, 이들 때문에 내부에서는 정적인 전기마당(electrostatic field)이 0 이 되는 characteristic(특성)을 보인다. 따라서 금속 내 알짜 전하는 금속의 표면에만 있을 수 있따
금속 물질의 경우 원자들의 겹침은 원자 당 거의 1 개의 자유전자를 제공한다. 이 실험에서는 주변에서 사용되는 몇 가지 재료의 전기 흐름 property(특성)을 조사하고, 이들의 전기전도 구조를 이해하도록 한다.
