首頁 > 資訊 > 知識 > 量子隧道效應(yīng)，什么是量子隧道效應(yīng)

量子隧道效應(yīng)，什么是量子隧道效應(yīng)

來源：整理時間：2025-03-26 16:17:19 編輯：智能門戶手機(jī)版

本文目錄一覽

1，什么是量子隧道效應(yīng)
2，量子隧道效應(yīng)的介紹
3，宏觀量子隧道效應(yīng)的應(yīng)用
4，宏觀量子隧道效應(yīng)的波動性
5，物理學(xué)原子核中基本粒子的隧道效應(yīng)是什么意思
6，量子的隧道效應(yīng)是什么意思

1，什么是量子隧道效應(yīng)

根據(jù)量子力學(xué)理論的計算和科學(xué)實驗的證明，當(dāng)具有電位勢差的兩個導(dǎo)體之間的距離小到百一定程度時，電子將存在一定的幾率穿透兩導(dǎo)體之間的勢壘從一端向另一端躍遷度,這種電子躍遷的現(xiàn)象在量子力學(xué)中被稱為隧道效應(yīng)，而躍遷形成的專電流叫做隧道電流.隧道電流有一種特殊的性質(zhì)，既對兩導(dǎo)體之間的距離非常敏感，如果把距離減少0.1納米，隧道電屬流就會增大一個數(shù)量級。

什么是量子隧道效應(yīng)

2，量子隧道效應(yīng)的介紹

英文名稱：Quantum tunnelling effect量子隧道效應(yīng)是基本的量子現(xiàn)象之一，即當(dāng)微觀粒子的總能量小于勢壘高度時，該粒子仍能穿越這一勢壘。如圖，縱坐標(biāo)為能量的多少。按經(jīng)典理論，粒子為脫離此能量的勢壘，必須從勢壘的頂部越過。但由于量子力學(xué)中的量子不確定性，時間和能量為一組共軛量。在很短的時間中（即時間很確定），能量可以很不確定，從而使一個粒子看起來像是從“隧道”中穿過了勢壘。在諸如能級的切換，兩個粒子相撞或分離的過程（如在太陽中發(fā)生的僅約1000萬攝氏度的“短核聚變”）中，量子隧道效應(yīng)經(jīng)常發(fā)生。

量子隧道效應(yīng)的介紹

3，宏觀量子隧道效應(yīng)的應(yīng)用

早期曾用來解釋納米鎳粒子在低溫繼續(xù)保持超順磁性。近年來人們發(fā)現(xiàn)Fe－Ni薄膜中疇壁運動速度在低于某一臨界溫度時基本上與溫度無關(guān)。于是，有人提出量子理想的零點震動可以在低溫起著類似熱起伏的效應(yīng)。從而使零溫度附近微顆粒磁化矢量的重取向，保持有限的弛豫時間，即在絕對零度仍然存在非零的磁化反轉(zhuǎn)率。宏觀量子隧道效應(yīng)的研究對基礎(chǔ)研究及實用都有著重要的意義，它限定了磁帶、磁盤進(jìn)行信息貯存的時間極限。量子尺寸效應(yīng)，隧道效應(yīng)將會是未來電子器件的基礎(chǔ)，或者它確立了現(xiàn)存微電子器件進(jìn)一步微型化的極限。當(dāng)電子器件進(jìn)一步細(xì)微化時，必須要考慮上述的量子效應(yīng)。

宏觀量子隧道效應(yīng)的應(yīng)用

4，宏觀量子隧道效應(yīng)的波動性

電子具有粒子性又具有波動性，因此存在隧道效應(yīng)。近年來，人們發(fā)現(xiàn)一些宏觀物理量，如微顆粒的磁化強(qiáng)度、量子相干器件中的磁通量等亦顯示出隧道效應(yīng)，稱之為宏觀的量子隧道效應(yīng)。量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)將會是未來微電子、光電子器件的基礎(chǔ)，或者它確立了現(xiàn)存微電子器件進(jìn)一步微型化的極限，當(dāng)微電子器件進(jìn)一步微型化時必須要考慮上述的量子效應(yīng)。例如，在制造半導(dǎo)體集成電路時，當(dāng)電路的尺寸接近電子波長時，電子就通過隧道效應(yīng)而溢出器件，使器件無法正常工作，經(jīng)典電路的極限尺寸大概在0．25微米。目前研制的量子共振隧穿晶體管就是利用量子效應(yīng)制成的新一代器件。

早期曾用來解釋納米鎳粒子在低溫繼續(xù)保持超順磁性。近年來人們發(fā)現(xiàn)fe－ni薄膜中疇壁運動速度在低于某一臨界溫度時基本上與溫度無關(guān)。于是，有人提出量子理想的零點震動可以在低溫起著類似熱起伏的效應(yīng)。從而使零溫度附近微顆粒磁化矢量的重取向，保持有限的弛豫時間，即在絕對零度仍然存在非零的磁化反轉(zhuǎn)率。宏觀量子隧道效應(yīng)的研究對基礎(chǔ)研究及實用都有著重要的意義，它限定了磁帶、磁盤進(jìn)行信息貯存的時間極限。量子尺寸效應(yīng)，隧道效應(yīng)將會是未來電子器件的基礎(chǔ)，或者它確立了現(xiàn)存微電子器件進(jìn)一步微型化的極限。當(dāng)電子器件進(jìn)一步細(xì)微化時，必須要考慮上述的量子效應(yīng)。

5，物理學(xué)原子核中基本粒子的隧道效應(yīng)是什么意思

基本粒子英語名稱：elementary particle 所謂基本粒子就是構(gòu)成物質(zhì)的最基本的單元。根據(jù)作用力的不同，粒子分為強(qiáng)子、輕子和傳播子三大類。強(qiáng)子就是是所有參與強(qiáng)力作用的粒子的總稱。它們由夸克組成，已發(fā)現(xiàn)的夸克有五種，它們是：上夸克、下夸克、奇異夸克、粲夸克和底夸克。理論預(yù)言還有第六種夸克存在，已命名為頂夸克，但目前尚未發(fā)現(xiàn)。現(xiàn)有粒子中絕大部分是強(qiáng)子，質(zhì)子、中子、π介子等都屬于強(qiáng)子。(另外還發(fā)現(xiàn)反物質(zhì),有著名的反夸克,正在研究中,如若反物質(zhì)假說成立,應(yīng)該還存在另外的反粒子,甚至可能有反地球,反宇宙) 輕子就是只參與弱力、電磁力和引力作用，而不參與強(qiáng)相互作用的粒子的總稱。輕子共有六種，包括電子、電子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子。電子、μ子和τ子是帶電的，所有的中微子都不帶電；τ子是1975年發(fā)現(xiàn)的重要粒子，不參與強(qiáng)作用，屬于輕子，但是它的質(zhì)量很重，是電子的3600倍，質(zhì)子的1.8倍，因此又叫重輕子。傳播子也屬于基本粒子。傳遞強(qiáng)作用的膠子共有8種，1979年在三噴注現(xiàn)象中被間接發(fā)現(xiàn)，它們可以組成膠子球，但至今尚未被直接觀測到。傳遞弱作用的W+，W-和Z0。中間玻色子是1983年發(fā)現(xiàn)的，非常重，是質(zhì)子的80一90倍?；玖Ｗ拥乃淼佬?yīng)隧道效應(yīng)是指的這些基本粒子的波動性所確定的量子效應(yīng)，又稱勢壘貫穿?？紤]粒子運動遇到一個高于粒子能量的勢壘，按照經(jīng)典力學(xué)，粒子是不可能越過勢壘的；按照量子力學(xué)可以解出除了在勢壘處的反射外，還有透過勢壘的波函數(shù)，這表明在勢壘的另一邊，粒子具有一定的概率，粒子貫穿勢壘。

6，量子的隧道效應(yīng)是什么意思

宏觀量子隧道效應(yīng)是基本的量子現(xiàn)象之一，即當(dāng)微觀粒子的總能量小于勢壘高度時，該粒子仍能穿越這一勢壘。近年來，人們發(fā)現(xiàn)一些宏觀量，例如微顆粒的磁化強(qiáng)度，量子相干器件中的磁通量等亦有隧道效應(yīng)，稱為宏觀的量子隧道效應(yīng)。早期曾用來解釋納米鎳粒子在低溫繼續(xù)保持超順磁性。近年來人們發(fā)現(xiàn)Fe－Ni薄膜中疇壁運動速度在低于某一臨界溫度時基本上與溫度無關(guān)。于是，有人提出量子理想的零點震動可以在低溫起著類似熱起伏的效應(yīng)。從而使零溫度附近微顆粒磁化矢量的重取向，保持有限的馳豫時間，即在絕對零度仍然存在非零的磁化反轉(zhuǎn)率。宏觀量子隧道效應(yīng)的研究對基礎(chǔ)研究及實用都有著重要的意義，它限定了磁帶、磁盤進(jìn)行信息貯存的時間極限。量子尺寸效應(yīng)，隧道效應(yīng)將會是未來電子器件的基礎(chǔ)，或者它確立了現(xiàn)存微電子器件進(jìn)一步微型化的極限。當(dāng)電子器件進(jìn)一步細(xì)微化時，必須要考慮上述的量子效應(yīng)。上述的量子尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)及量子隧道效應(yīng)都是納米微粒與納米固體的基本特性。除此之外，納米材料還有在此基礎(chǔ)上的介電限域效應(yīng)、表面缺陷、量子隧穿等。這些特性使納米微粒和納米固體表現(xiàn)出許多奇異的物理、化學(xué)性質(zhì)，出現(xiàn)一些“反?，F(xiàn)象”。例如金屬為導(dǎo)體，在低溫時納米金屬微粒由于量子尺寸效應(yīng)會呈現(xiàn)電絕緣性；一般PbTiO3，BaTiO3和SrTiO3等是典型鐵電體，但當(dāng)其尺寸進(jìn)入納米數(shù)量級就會變成順電體；鐵磁性的物質(zhì)進(jìn)入納米尺度（～5nm）時，由多疇變成單疇，于是顯示極強(qiáng)順磁效應(yīng)；當(dāng)粒徑為十幾納米的氮化硅微粒組成了納米陶瓷時，已不具有典型共價鍵特征，界面鍵結(jié)構(gòu)出現(xiàn)部分極性，在交流電下電阻很??；化學(xué)惰性極高的金屬鉑制成納米粒子（鉑黑）后，卻成為活性極好的催化劑；金屬由于光反射現(xiàn)象呈現(xiàn)出各種美麗的顏色，而金屬的納米粒子光反射能力顯著降低，通常可低于1％，由于小尺寸和表面效應(yīng)使納米粒子對光吸收表現(xiàn)極強(qiáng)能力；由納米粒子組成的納米固體在較寬譜范圍顯示出對光的均勻吸收性，納米復(fù)合多層膜在7～17GHz頻率的吸收峰高達(dá)14dB，在10dB水平的吸收頻寬為2GHz；顆粒為6nm的納米Fe晶體的斷裂強(qiáng)度較之多晶Fe提高12倍；納米Cu晶體自擴(kuò)散是傳統(tǒng)晶體的1016至1019倍，是晶界擴(kuò)散的103倍；納米金屬Cu的比熱是傳統(tǒng)純Cu的兩倍；納米固體Pd熱膨脹提高一倍；納米Ag晶體作為稀釋致冷機(jī)的熱交換器效率較傳統(tǒng)材料高30％；納米磁性金屬的磁化率是普通金屬的20倍，而飽和磁矩是普通金屬的1/2。

文章TAG：量子隧道隧道效應(yīng)效應(yīng)量子隧道效應(yīng)