물리학 실험 - 양자 꿰뚫기 현상

물리학 실험 - 양자 꿰뚫기 현상

1. 실험 목적

물질은 원자나 분자들로 이루어져 있다. 원자나 분자의 특성이나 이들 사이의 작용에 의해서 물질의 성질이 결정되기 때문에, 물질은 원칙적으로 양자적인 특성을 갖는다. 다만 물질이 갖는 대부분의 특성이 많은 수의 원자, 분자들이 얽혀서 나타내는 평균화된 것이거나, 열 운동에 의해 가려져서 양자적인 특성이 잘 보이지 않을 뿐이다.
전류는 전하의 흐름이다. 전자와 같은 전하를 띈 알갱이의 운동은 전기마당이나, 열 운동에 의해서 일어난다. 물체에 전기 퍼텐셜차(전위차, 전압)가 가해지면 다소간의 전류가 흐른다. 이때 전위차와 전류의 비를 전기저항이라고 하며, 전기저항은 물체의 비저항(또는 전기 전도도)과 물체의 크기, 전류가 흐르는 전극의 모양에 의해서 정해진다. 물체의 비저항은 물체 내 전자구조와 열 운동에 의한 흩뜨림 구조에 의해서 정해진다.
물체의 전자구조는 양자적인 특성이다. 전자구조에 따라 물체는 금속(도체), 반도체, 부도체로 나뉜다. 부도체 막을 사이에 둔 두 금속 사이의 전기전도 특성도 부도체 막의 두께가 매우 얇거나 가해 준 전위차가 크면 전기를 통한다. 이는 양자역학적인 꿰뚫기(터널링) 현상의 한 예이다. 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. 이 실험에서는 주변에서 사용되는 몇 가지 재료의 전기 흐름 특성을 조사하고, 이들의 전기전도 구조를 이해하도록 한다. 또, 전기저항을 측정하는 4 탐침 조사방법을 경험하고 양자역학적 꿰뚫기현상을 공부하도록 한다.

2. 실험 개요

· 샤프 연필심(흑연), 구리줄과 같이 우리 주변에서 쉽게 구할 수 있는 재료의 전기저항을 측정한다.
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