Nanotechnologie in der Schule - Prof. Dr. Thomas Wilhelm
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4 Allgemeines zum Rastertunnelmikroskop 1.0 T 0.8 0.6 0.4 0.2 � 2π sin λ a � = 0 =⇒ 2π λ 2 a = nπ =⇒ λ = a (4.39) n 1 2 3 4 5 6 EFCu Abb. 4.13: Transmissionskoeffizient in Abhängigkeit von der Barrierenhöhe E0 Näherungen Für sehr große Werte des Produktes αa: E0�eV� � 2m (E0 − E) αa = a ≫ 1 (4.40) � lässt sich die Transmissionswahrscheinlichkeit T (E) weiter vereinfachen. Für große x gilt nämlich: sinh(x) = (e x − e −x ) /2 ≈ e x /2. Hiermit vereinfacht sich Gleichung (4.35) von Seite 49 folgendermaßen: 54
T (E) = ≈ = 4α 2 k 2 4α2k2 + (α2 + k2 ) 2 sinh 2 (αa) 4α2k2 4α 2 k 2 + (α 2 + k 2 ) 2 (e αa /2) 2 16α 2 k 2 16α 2 k 2 + (α 2 + k 2 ) 2 e 2αa 4.2 Der Tunneleffekt (4.41) α ist in etwa von der gleichen Größenordnung wie k. Somit kann man mit e 2αa ≫ α 2 k 2 ≫ 1 Gleichung (4.41) weiter abschätzen: T (E) ≈ 16α 2 k 2 (α 2 + k 2 ) 2 e 2αa Ersetzt man nun wieder α (siehe Seite 45) und k (siehe Seite 49), so folgt schließlich: T (E) ≈ 2m(E0−E) 16 · �2 · 2mE � 2m(E0−E) �2 + 2mE �2 �2 �2 e −2αa = 16 · (E0 − E) · E 2 e−2αa (E0 − E + E) = 16E (E0 − E) E2 e 0 −2αa Resubstituiert man im Exponenten α, so folgt: T (E) ≈ 16E (E0 − E) E2 √ 2 − 2m(E0−E) a e � 0 (4.42) (4.43) (4.44) Abbildung 4.14 auf der nächsten Seite zeigt die Abweichung des genäherten Transmissi- onskoeffizienten (siehe Gleichung (4.44)) vom exakt berechneten Transmissionskoeffizienten (siehe Gleichung (4.36) auf Seite 50). 55
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T (E) =<br />
≈<br />
=<br />
4α 2 k 2<br />
4α2k2 + (α2 + k2 ) 2 s<strong>in</strong>h 2 (αa)<br />
4α2k2 4α 2 k 2 + (α 2 + k 2 ) 2 (e αa /2) 2<br />
16α 2 k 2<br />
16α 2 k 2 + (α 2 + k 2 ) 2 e 2αa<br />
4.2 Der Tunneleffekt<br />
(4.41)<br />
α ist <strong>in</strong> etwa von <strong>der</strong> gleichen Größenordnung wie k. Somit kann man mit e 2αa ≫ α 2 k 2 ≫<br />
1 Gleichung (4.41) weiter abschätzen:<br />
T (E) ≈<br />
16α 2 k 2<br />
(α 2 + k 2 ) 2 e 2αa<br />
Ersetzt man nun wie<strong>der</strong> α (siehe Seite 45) und k (siehe Seite 49), so folgt schließlich:<br />
T (E) ≈<br />
2m(E0−E)<br />
16 · �2 · 2mE<br />
�<br />
2m(E0−E)<br />
�2 + 2mE<br />
�2 �2 �2 e −2αa<br />
= 16 · (E0 − E) · E<br />
2<br />
e−2αa<br />
(E0 − E + E)<br />
= 16E (E0 − E)<br />
E2 e<br />
0<br />
−2αa<br />
Resubstituiert man im Exponenten α, so folgt:<br />
T (E) ≈ 16E (E0 − E)<br />
E2 √ 2<br />
− 2m(E0−E) a<br />
e �<br />
0<br />
(4.42)<br />
(4.43)<br />
(4.44)<br />
Abbildung 4.14 auf <strong>der</strong> nächsten Seite zeigt die Abweichung des genäherten Transmissi-<br />
onskoeffizienten (siehe Gleichung (4.44)) vom exakt berechneten Transmissionskoeffizienten<br />
(siehe Gleichung (4.36) auf Seite 50).<br />
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