¿Alguien puede explicar la diferencia entre saltar y hacer túneles? El contexto que estoy considerando es la conducción en semiconductores, específicamente entre estados de impurezas dentro de la banda prohibida. Siempre he entendido que saltar es hacer un túnel. El salto de rango variable y el salto de vecino más cercano, tal como lo entiendo, son formas de tunelización entre estados superpuestos (por ejemplo, consulte http://igitur-archive.library.uu.nl/dissertations/2002-0806-101243/c4. pdf ). Sin embargo, en artículos como DJ Thouless 1974 Electrons in Disordered Systems and the Theory of Localization , el salto y el túnel se describen como dos procesos diferentes. Supongo que no entiendo exactamente qué se supone que significa "saltar", con respecto al transporte de carga.
Es difícil saberlo con certeza sin tener acceso al documento de Thouless que mencionaste. Sin embargo, en mi propio campo de investigación a veces hablamos de dos procesos llamados túneles y saltos, que se distinguen de la siguiente manera. La tunelización es un proceso coherente en el que los electrones se mueven de un sitio de la red a otro, manteniendo una relación de fase definida entre las amplitudes correspondientes a encontrar un electrón en diferentes sitios de la red. La probabilidad de un evento de tunelización es exponencial en el área bajo la barrera de energía entre sitios. En este caso, se tiene una propagación similar a una onda balística y es posible definir una función de onda significativa que describa cómo se distribuye la amplitud de probabilidad a través de la red.
El salto es un proceso incoherente activado térmicamente en el que un electrón se mueve de un sitio a otro pero pierde toda la información sobre su fase en el proceso. En otras palabras, no hay coherencia entre las amplitudes para encontrar un electrón en diferentes sitios de red. La probabilidad de salto es exponencial solo en la altura de la barrera de energía (libre) entre sitios. En este caso, uno tiene transporte difusivo, y no hay necesidad de una "función de onda" como tal, solo una distribución de probabilidad que describa dónde es probable que se encuentren los electrones.
En el interesante caso intermedio en el que ambos procesos están presentes, se debe describir la distribución de electrones mediante una matriz de densidad que incluya tanto la incertidumbre de posición cuántica debida al efecto túnel como la incertidumbre de posición clásica debida al salto estocástico.
editar en respuesta al comentario de OP: El término "saltar" es lo suficientemente impreciso como para tener muchos significados en la literatura. En el documento al que se vincula, parece que se refieren al salto como un proceso incoherente. No tengo tiempo para leer el documento correctamente, pero creo que la referencia a la tunelización proviene de un cálculo semiclásico de las tasas de salto. La transferencia de electrones ocurre debido a la superposición entre funciones de onda localizadas y, por lo tanto, depende de la relación entre la distancia entre sitios y la longitud de localización. Sin embargo, la información de fase se pierde debido a la decoherencia a una velocidad mucho mayor que el tiempo de transferencia coherente. La naturaleza asistida por fonones del salto es (creo) un problema ligeramente separado que solo se vuelve relevante cuando la energía de enlace de dos sitios es diferente: entonces la conservación de energía (y la invariancia de inversión de tiempo balance detallado) requiere la emisión o absorción de un fonón. Esto explica la aparición de la distribución de Bose-Einstein y los factores de Boltzmann en las tasas. Sin embargo, incluso si el proceso no es "asistido por fonones", el tratamiento de los saltos sigue siendo clásico/incoherente, porque asumen que la probabilidad total de una secuencia de saltos es el producto de las probabilidades , no de las amplitudes (ver Eq. 4.14).
Estoy de acuerdo en general con la esencia de la respuesta proporcionada por Mark. Sin embargo, dado que la mayoría de los autores no distinguen entre "túnel" y "salto", sería mejor consultar el documento que mencionó inicialmente. En particular, lo siguiente es del comienzo de la Sección 1.3 (págs. 98):
Los electrones pueden pasar de un estado localizado a otro con la ayuda de la transferencia de energía hacia o desde el sistema de fonones; esto es conductividad de salto. Alternativamente, la tunelización mecánica cuántica de un sitio a otro puede distribuir los estados propios en todo el sistema para que la teoría de la conductividad metálica sea aplicable.
El autor también afirma (págs. 95):
Los saltos solo pueden ocurrir si se pueden emitir o absorber fonones para compensar el cambio de energía del electrón, o si se puede suministrar energía de alguna otra fuente.
Cuando el autor menciona "transferencia de energía hacia o desde el sistema de fonones", está considerando lo que podría denominarse "transporte inelástico" en un trabajo más reciente (por ejemplo, eche un vistazo a la espectroscopia de efecto túnel de electrones inelásticos ). Esto está respaldado por la cita de las páginas 95 donde afirma que el "salto" solo ocurre con la emisión o absorción de un fonón. Tenga en cuenta que esto no es lo mismo que el transporte incoherente en general, donde la suposición clave es que el electrón no retiene la memoria de su fase entre eventos de salto (el llamado "tunelización secuencial").
Por el contrario, cuando usa la frase "tunelización mecánica cuántica", está implícito que se refiere a un proceso coherente en el que no hay transferencia de energía fuera del sistema de electrones. El enfoque estándar en este contexto ahora es aplicar el formalismo de Landauer-Büttiker, que trata el transporte cuántico como un problema de dispersión. Esta técnica no estaba bien desarrollada en el momento en que se escribió el artículo al que se refiere.
Como habrá adivinado, si su interés es el transporte cuántico, probablemente no sea una buena idea tomar la nomenclatura de un artículo escrito en 1974. Una buena referencia para estos temas es el libro Electronic Transport in Mesoscopic Systems de S. Datta. He vinculado a la primera edición, que personalmente prefiero a la más nueva.
De manera más general (fuera del campo del transporte cuántico), no existe una distinción consistente entre "saltos" y "tuneles". La mayoría de los autores probablemente los considerarían sinónimos excepto en el contexto de un trabajo específico. Por ejemplo, el término "salto" en un Hubbard o un hamiltoniano de unión estrecha no tiene nada que ver con fonones o una pérdida de coherencia de fase.
La tunelización simple y breve es algo así como la penetración de electrones o la tunelización de electrones desde la barrera b / w banda de baja energía y alta energía. Y saltar es como saltar de electrones de una banda de baja a una de alta energía y en el túnel los electrones llevan toda la información. Pero en el salto de electrones se pierde toda su información.
Dado que la energía necesaria en el proceso de salto es proporcionada por el campo eléctrico, ya no se requiere activación térmica y se espera una corriente de efecto túnel inducida por el campo.
SMPAT