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L'effet tunnel

Imaginez une balle que vous lanciez contre un mur. Soit elle est lancée assez fort, et elle passe au dessus du mur, soit elle n'est pas lancée assez fort, et elle rebondit.

La même chose existe, pour un électron essayant de sortir du métal qui le contient. Si on le lance assez fort, il franchit la barrière et retombe de l'autre côté (autrement dit, si on lui impose un champ électrique assez fort, il est capable de sortir du métal pour traverser le vide jusqu'à un autre métal ou matériau conducteur).

Mais là où une grosse différence intervient, c'est si vous ne lancez pas assez fort votre électron. A la différence d'une balle, un électron est une sorte de nuage. Un blob. Eh bien une partie de ce blob peut passer le mur tandis que l'autre va rebondir. C'est la différence avec la balle.

Confronté à une barrière, un électron a donc la possibilité de se scinder en deux : une partie franchit la barrière, et l'autre non.

Mais vous savez qu'un tel état ne dure pas : un électron ne reste pas longtemps scindé, parce que les deux parties de l'électron interagissent avec le matériau dans lequel elles se trouvent. Et il se passe alors que l'une des deux parties fond, tandis que l'autre grossit : l'électron se retrouve alors entier d'un côté ou de l'autre. Il peut être passé ou pas, selon la partie qui grossit : en gros, la partie restée en arrière du mur a la possibilité d'être "téléportée" avec l'autre. Comme si il y avait eu un tunnel dans le mur par lequel elle serait passée. Alors qu'elle n'est passée nulle part !

Si on lance des électrons contre une barrière, plus la barrière est petite, plus les électrons ont de chance de passer, par effet tunnel. En fait, si on ne connait pas la hauteur de la barrière, on peut la calculer, si on connait la proportion des électrons qui la franchissent. C'est le principe du microscope à effet tunnel. Une pointe métallique est placée au dessus de l'objet à étudier. Et on balade la pointe : plus l'écart entre la pointe et l'objet est grand, moins les électrons contenus dans la pointe arrivent à passer. On arrive ainsi en baladant la pointe, à créer une image 3D de l'objet qu'on étudie !