Ein eindimensionales Potentialprofil mit abrupter Änderung der potentiellen Energie an einem Punkt (eine Stufe), das zwei Regionen mit unterschiedlichen konstanten Potentialwerten trennt; trifft ein Quantenteilchen auf die Stufe, werden Teile der einfallenden Welle gemäß der Energie relativ zur Stufenhöhe reflektiert und transmittiert.

Prinzip

Die Kontinuität der Wellenfunktion und ihrer Ableitung (bzw. der Stromkontinuität) an der Discontinuity bestimmt Reflexions‑ und Transmissionsamplituden; für Teilchenenergien oberhalb der Stufe gibt es partielle Transmission und Reflexion, für Energien unterhalb ist der transmittierte Anteil eine evaneszente, exponentiell abklingende Welle in der klassisch verbotenen Region.

Demonstration

Teilchen mit Energie E, einfallend von links auf eine Stufe der Höhe V0: für E>V0 propagieren die rechten Wellen mit reduziertem Wellenzahl und Reflexionskoeffizient R<1; für E

Fehlanwendung

Die Stufe klassisch behandeln (vollständige Reflexion für EV0) ignoriert quantenmechanische Reflexion und evaneszente Eindringung; oder die Stufenformeln auf tatsächlich glatte Potentiale anwenden führt zu Fehleinschätzungen von Reflexionskoeffizienten und Phasenverschiebungen.

Konsequenz

Vorhersagbare partielle Reflexion und Transmission mit energieabhängigen Koeffizienten, Phasenverschiebungen bei Transmission und Reflexion sowie nicht‑verschwindende Aufenthaltswahrscheinlichkeit in klassisch verbotenen Bereichen — wesentliche Bestandteile zum Aufbau komplexerer Streu‑, Barriere‑ und Resonanzphänomene.

Umkehrung

Ersetzt man die abrupte Diskontinuität durch eine sanfte Rampe oder eine ausgedehnte Barriere, ändert sich die Streuung: adiabatische Variationen reduzieren Reflexion und modifizieren die Phasenakkumulation, während ausgedehnte Barrieren resonante Transmission und Interferenz durch Mehrfachreflexionen erzeugen, die eine einzelne Stufe nicht erfasst.

Abgrenzung

Modell setzt eine einzelne scharfe eindimensionale Diskontinuität, ein nichtrelativistisches Teilchen und stationäre Streuung voraus; schließt glatte räumliche Potentialvariationen, inelastische Kanäle, Vielteilchenwechselwirkungen und zeitabhängige Stufenbewegungen aus, sofern nicht explizit modelliert.

Semantische Spannung

Eng verwandt mit dem endlichen Potentialtopf und dem Potentialbarriere‑Problem; die Stufe isoliert die einfachste Streudiskontinuität, kann aber mit einer endlichen Barriere (zwei Stufen) oder glatten Übergängen verwechselt werden, wo WKB oder numerische Methoden erforderlich sind.

Synthese

Die Potentialstufe ist das elementare Streuelement: eine abrupte Potentialänderung, bei der Kontinuitätsbedingungen energieabhängige Reflexions‑ und Transmissionsamplituden liefern, für EV0 partielle Transmission erzeugen und die Grundlage zum Verständnis von Tunneleffekten und Resonanzen in komplexeren Potentialen bilden.