トンネル効果（読み）とんねるこうか

ASCII.jpデジタル用語辞典

我々の世界では通常、壁を通り抜けることはできない。しかし、量子力学の世界では、壁を通り抜けることがある。本来、通り抜けられないはずの壁を、ある確率で通り抜けてしまうことを、トンネル効果と呼ぶ。これは、原子や電子の持つエネルギーが不確定で、ある瞬間には壁を通り抜けてしまうほど大きくなることがあるためだ。トランジスタの黎明期、不良品が大量発生した理由がトンネル効果であることを見抜いたのが江崎玲於奈氏である。

出典　ASCII.jpデジタル用語辞典

知恵蔵

極めて薄い、エネルギーの壁(ポテンシャル障壁)を、それより低いエネルギーを持った粒子が通り抜けてしまう現象。量子力学の世界に特徴的な現象。半導体、金属、超伝導体などの同種または異種物質間の接合部分でもトンネル効果で電流(トンネル電流)が流れることがある。この現象を利用したものにエサキ・ダイオード、共鳴トンネル効果デバイス、ジョセフソン素子、走査型トンネル顕微鏡などがある。

(荒川泰彦 東京大学教授 ／ 桜井貴康 東京大学教授 ／ 2007年)

出典　(株)朝日新聞出版発行「知恵蔵」

デジタル大辞泉

量子力学で、粒子が自分の運動エネルギーよりも大きなエネルギー障壁を、山のトンネルを通るようにして通り抜ける現象。粒子の波動性による量子力学的現象。エサキダイオードはこれを利用したもの。量子トンネル効果。

出典　小学館

百科事典マイペディア

原子核内の核子（陽子，中性子）は強い核力を受けて核内に閉じこめられているが，これは核力の場のポテンシャルが壁のようにとりまいているためと解することができる。古典力学によれば，核子の運動エネルギーのレベルがポテンシャルの壁より低ければ，核子は絶対に外へ出られない。しかし量子力学によれば，核子の運動エネルギーのレベルが壁の高さより低くても，核子が外へ脱出する確率はわずかながら存在し，その確率はポテンシャルの壁の形から計算できる（壁が相対的に低くまた薄いほど脱出の確率が大きい）。ガモフはこの方法により初めてα崩壊の説明に成功した（1928年）。核子が壁を貫通する意味でこの現象をトンネル効果という。α崩壊以外にもみられ，量子力学特有の現象である。→トンネルダイオード
→関連項目ジェーバー｜ジョセフソン｜ジョセフソン効果｜走査型トンネル顕微鏡

出典　株式会社平凡社

法則の辞典

2種類の金属の間に薄い絶縁物の層（障壁）を挟み，両端に電圧を印加するとき，絶縁層の厚さがきわめて薄く，ナノメートル（nm）の桁になると電流が流れるようになる現象．不純物濃度が比較的高い半導体材料を用いてpn接合をつくらせると，遷移領域（上の障壁に当たる）が10nmほどでもトンネル効果によって電流が流れるようになり，順方向に負性抵抗を生じる．これは江崎玲於奈（当時は東京通信工業（ソニーの前身），後に筑波大学学長）の発見になり，このpn接合はエサキダイオードと呼ばれている．

出典　朝倉書店

世界大百科事典 第２版

電子や原子核のような微小な粒子は力の場の障壁を透過しうるという，量子力学特有の効果。古典力学では，運動エネルギーはつねに正である。したがって，粒子はポテンシャルエネルギーが粒子の全エネルギーより大きい領域には侵入できず，運動エネルギーが0になる点ではね返される。しかし，量子力学的粒子は古典力学で考えるような粒子の性質と同時に，ド･ブロイ波と呼ばれる波動としての性質をもつので，運動エネルギーが負となるような領域にもわずかに侵入できる。

出典　株式会社平凡社

ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典

ポテンシャル障壁があるとき，その最高値より小さい運動エネルギーしかもたない粒子でも，その中にしみこんだり，障壁を通り抜けたりすることができるという現象。古典力学では説明できず，量子力学的な考慮が必要である。原子核のα崩壊，エサキダイオード，ジョセフソン効果などはトンネル効果によって説明される。

出典　ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典

日本大百科全書(ニッポニカ)

α(アルファ)崩壊により原子核から放出されるα粒子のエネルギーは、α粒子が外に出るときに超えねばならないポテンシャル・エネルギーの高さよりも小さいことが多い。このようにポテンシャルの高さより低いエネルギーの粒子がポテンシャルを通過する現象をトンネル効果という。図では、ポテンシャルV(r)のもっとも高い値V_Mよりエネルギーの低い粒子がポテンシャルを通過していく。このような現象は通常の古典力学の法則に従う場合には絶対おこらないことであり、量子力学的な運動に由来する。きわめて薄い金属箔(はく)を光がわずかに透過するのと似ている。透過の割合はポテンシャルと粒子のエネルギーを示す線で囲まれた領域の面積によってきわめて敏感に変わる。たとえば、ウランの原子核から420万電子ボルトのα粒子がこのポテンシャルの壁を通過する確率は10^-37くらいの確率であるが、これよりも100万電子ボルト高いα粒子であれば確率が5×10⁷も大きくなる。実際のα粒子がウランから飛び出る割合は、α粒子が原子核内で毎秒10²¹回もポテンシャルの壁と衝突するので、この確率よりずっと大きくなる。半導体や金属面の接触によって生じる電子の流れはトンネル効果による。とくに不純物の多い半導体に負の抵抗が生ずるエサキダイオードやジョセフソン効果はトンネル効果の典型的な例である。

［田中　一］

[参照項目] | α崩壊 | エサキダイオード | ジョセフソン素子 | ポテンシャル

トンネル効果〔図〕

出典　小学館　日本大百科全書(ニッポニカ)

精選版 日本国語大辞典

〘名〙 量子力学で、粒子が自分のもつ運動エネルギーよりも高いエネルギー障壁を、ある確率をもって突き抜ける現象。通常の古典力学では起こり得ない現象で、α(アルファ)粒子が原子核から飛び出る場合やエサキダイオードの負抵抗などで見られる。

出典　精選版 日本国語大辞典

化学辞典 第2版

古典力学の範囲では，一つの粒子がある高さのポテンシャルの山をとび越えるためには，そのポテンシャルの高さ以上のエネルギーが粒子に与えられなければならない．一方，原子，電子などの微視的粒子の運動を支配する量子力学においては，与えられたエネルギーがポテンシャルの山の高さ以下であっても，粒子はいくらかの確率で山を突き抜けることができる．この効果をトンネル効果という．アンモニア分子の窒素原子が水素原子のつくる平面を突き抜けて反転する現象や，金属，半導体の接合面を電子が通り抜ける現象は，トンネル効果として説明される．近年，3原子または4原子からなる簡単な化学反応に対するポテンシャルエネルギー曲面が，量子力学的に正確に計算されるようになり，反応速度の計算値と実験値との定量的な比較ができるようになった．その結果，いくつかの反応において，室温においてもトンネル効果が重要な役割を果たしていることが明らかになってきた．とくに水素原子の移動が関与する低温の反応では，トンネル効果が反応の主要な部分を占めていることがはっきりしてきた．

出典　森北出版「化学辞典（第2版）」