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양성자터널링효과

터널링현상에는 전자터널링효과와 양성자터널링효과가 있습니다. 전자터널링효과는 반도체의 고농도도핑이나 FINFET처럼 반도체구조를 만들어서 인위적으로 터널링 현상이 일어날 수 있게 할 수 있습니다. 하지만 양성자 터널링효과는 자발적으로 일어나는 자연의 현상으로 초전도현상, 힉스현상이 일어날 때 양성자 터널링효과가 나타납니다. 자발적 대칭성깨짐 현상에 의하여 상온에서 일어나는 초전도현상과 같습니다. 상온 초전도현상과 광속불변의 법칙이 서로 충돌하는 것을 해소하기 위해서 양자역학의 영점에너지이론과 군속도를 이해하면 인과법칙이 해소됩니다. 그리고 광속보다 빠르게 일어나는 양성자 터널링효과가 자발적으로 초전도현상이 발생하는 것으로부터 증명됨을 알 수 있습니다.

자유에너지는 이론적으로 증명이 완료되었으나 실험적인 현상으로 확인된 바가 없습니다. 자유에너지는 자발적으로 방사가 일어나기 때문에 그 결과로 양성자터널링현상, 상온 초전도현상이 나타납니다. 결국 자유에너지, 양성자터널링현상, 상온 초전도는 같은 현상입니다. 현대 물리학자들은 자발적인 전자방출에 대한 물리적 설명을 할 때 일반적으로 전자기장의 제로 포인트 에너지부터 설명을 시작합니다. 자유에너지는 공간에너지 (space energy), 진공에너지라고도 부르며, 양자역학에서는 zero point energy (ZPE) 라고 한다. Zero point energy 혹은 프리에너지라는 것은 진공 에너지이며, 전통적인 방법으로는 감지되지 않는 에너지입니다. ZPE는 음의 에너지가 필요합니다.

자유에너지, Zero point energy는 진공에서 일어나기 때문에 입자가 있을 수 없고 진동에 의해서만 에너지가 생겨날 수 있습니다. 고전역학에서 에너지가 전달되기 위해서는 질량과 입자가 있어야 하기 때문에 전통적인 방법으로 자유에너지를 관찰하거나 측정하거나 이해할 수 없습니다. 운동에너지는 개별적으로 일어나지만 진동하는 것은 개별적으로는 관찰되지 않습니다. 그래서 진동에너지는 group으로 일어납니다.

양성자터널링효과는 group으로 찾을 수 있습니다. 양성자를 구성하는 것은 퀘크입니다. 쿼크는 전자의 반입자이므로 양성자는 반입자입니다. 쿼크는 up, down, charm, strange, bottom, top 등 6개가 있다. 쿼크 1개가 단독으로 움직이거나 에너지를 전달하지 않습니다. 3개의 쿼크가 group으로 활동합니다. 쿼크는 위치에너지, 포텐셜에너지, 장벽전위에너지이라고 부르는 위상에너지에 의해서 위상이 변하며, 위상의 변화는 스핀운동이라고 합니다. 스핀은 스핀전류가 되며 페르미온 게이지장을 만듭니다. 페르미온의 위상에 따라서 마요라나페르미온, 디락페르미온, 바일페르미온이라는 스핀전류가 있으며, 페르미온 게이지장은 초전류가 되거나, 양성자터널링 현상이 자발적으로 나타나는데 기여하면서 zero point energy라고 할 수 있습니다. 스핀전류가 자발적으로 발생하는 이유는 양성자를 구성하는 쿼크가 최소 3개가 쌍을 이루면서 자발적 대칭성깨짐의 비율에 따라 3가지 다른 특성을 가지는 스핀전류를 만들어내기 때문입니다. 상대적으로 전하전류는 전자에 의해서 발생하기 때문에 자발적대칭성깨짐현상이 일어날 필요가 없습니다.

진공에너지는 진동에너지 혹은 음의 에너지이고 파동에너지는 운동에너지 혹은 양의 에너지입니다. 진공에너지와 파동에너지는 문턱주파수 혹은 문턱전압으로 구별됩니다.

진공은 암흑에너지이고, 음에너지이므로 중력이 매우 약하고 전자기파에 의해서 진공(암흑)에너지의 전송이 이루어집니다. 다행이 빛은 전자기파중에 눈으로 확인이 가능한 암흑에너지라고 볼 수 있습니다. 광전현상은 문턱전압이상에서 암흑에너지가 빛으로 튕겨져 나오게 되면서 비로소 관찰이 가능하게 되는 것입니다. 진공 속에 갇혀 있던 양성자는 광자(빛)를 매개로 전자에게 전자기에너지를 전달할 수 있습니다. 양성자의 진동에너지와 전자의 파동에너지는 서로 대칭성을 갖는 전자기에너지입니다. 염점에너지는 진동에너지와 파동에너지의 경계에 있으면서 포텐셜에너지이면서 음의 에너지이면서 공간에너지로써 양성자터널링현상이 일어나게 합니다.

File:Potentialzep.gif

하이젠베르그의 불확실성원리와 디락의 방정식은 진공에서 공간에너지에 대한 진동 에너지이론입니다. 슈레딩거의 파동방정식과 드브로이 물질파는 전자의 파동이론이다. 진동에너지와 파동에너지는 zero point energy에서 만나고 있습니다.

양성자터널링효과는 트랜지스터 구조에서 찾을 수 있습니다. 일반적인 트랜지스터구조는 채널과 게이트절연막이 있고 채널특성에 따라 n형 트랜지스터 와 p형 트랜지스터가 되고 전류는 한쪽방향으로만 흐릅니다. 하지만 양성자 터널링효과는 위상절연체를 사용하며 양쪽방향으로 전류가 흐르는 전달특성이 나타납니다. 위상절연체는 진공과 같이 절연특성이 우수합니다. 그래서 스핀전류가 형성되고 양성자 터널링 현상이 일어나고 있습니다. 양성자 터널링이 일어나는 경우 시간지연이 없이 자발적인 터널링이 일어난다는 것을 알 수 있습니다.

File:Fasterc.gif

space energy and kinetic energy

Zero point energy는 문턱전압아래는 진공영역이며, 문턱전압이상에서는 일반 물질영역을 나타냅니다. 진공영역에서는 스핀전류가 흐르고 일반물질영역에서는 전하전류가 흐르면서 공간에너지 영역과 운동에너지 영역은 구분할 수 있습니다. 공간에너지와 운동에너지에 따라서 전류의 방향은 확연히 달라지고 있습니다. 에너지에 따라서 전류의 발생 원리가 완전히 달라지고 있습니다.

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