什么是量子隧穿效应 (什么是量子隧道效应?)

admin 2024-11-30 46 0

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什么是量子隧穿效应

量子穿隧效应或量子隧道效应(Quantum tunnelling effect)为一种量子特性,是如电子等微观粒子能够穿过它们本来无法通过的“墙壁”的现象。

这是因为根据量子力学,微观粒子具有波的性质,而有不为零的机率穿过势障壁。

隧道效应的例子α衰变就是因为α粒子摆脱了本来不可能摆脱的强力的束缚而“逃出”原子核。

扫描隧道显微镜(scanning tunneling microscope)是量子穿隧效应的主要应用之一。

扫描隧道显微镜可以克服普通光学显微镜像差(aberration)的限制,通过穿遂电子扫描物体表面,从而辨别大大小于光波长的物体。

宏观物体的隧道效应理论上,宏观物体也能发生隧道效应。

人也有可能穿过墙壁,但要求组成这个人的所有微观粒子都同时穿过墙壁,其实际上几乎是零,以至于人类历史以来还没有成功的纪录。

什么是量子隧穿效应 (什么是量子隧道效应?)

什么是量子隧道效应

量子隧道效应,作为量子世界中的一大奇特现象,揭示了微观粒子超越传统物理规则的奇妙能力。

当粒子能量不足以突破常规障碍,如势垒,它却能神奇地穿透,这一现象在科研领域引起了广泛关注。

苏力宏教授,来自西北工业大学的研究者,针对铁电体纳米材料的制备技术发表新见解。

目前,现行的制备方法存在局限,只有在极高精度的控制下,材料才展现出铁电性。

令人惊奇的是,即使在纳米级别,这些材料依然保持着铁电性,只是在极微小尺度上表现出极小的各向异性差异。

这无疑为材料科学和量子物理研究带来了新的挑战和机遇。

什么是量子隧道效应?

由微观粒子波动性所确定的量子效应。

又称势垒贯穿。

考虑粒子运动遇到一个高于粒子能量的势垒,按照经典力学,粒子是不可能越过势垒的;按照量子力学可以解出除了在势垒处的反射外,还有透过势垒的波函数,这表明在势垒的另一边,粒子具有一定的概率,粒子贯穿势垒。

理论计算表明,对于能量为几电子伏的电子,方势垒的能量也是几电子伏,当势垒宽度为1埃时 , 粒子的透射概率达零点几 ;而当势垒宽度为10时,粒子透射概率减小到10-10 ,已微乎其微。

可见隧道效应是一种微观世界的量子效应,对于宏观现象,实际上不可能发生。

在势垒一边平动的粒子,当动能小于势垒高度时,按经典力学,粒子是不可能穿过势垒的。

对于微观粒子,量子力学却证明它仍有一定的概率穿过势垒,实际也正是如此,这种现象称为隧道效应。

对于谐振子,按经典力学,由核间距所决定的位能决不可能超过总能量。

量子力学却证明这种核间距仍有一定的概率存在,此现象也是一种隧道效应。

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