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量子力学中隧道效应的意义是什么?（简答题）
由微观粒子波动性所确定的量子效应。
又称势垒贯穿[1] 。
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。
隧道效应是理解许多自然现象的基础隧道效应本质上是量子跃迁，电子迅速穿越势垒。
隧道效应有很多用途。
如制成分辨力为0.1nm（1A）量级的扫描隧道显微镜，可以观察到Si的（111）面上的大元胞。
但它适用于半导体样品的 隧道效应观察，不适于绝缘体样品的观测。
在扫描隧道显微镜（STM）的启发下，1986年开发了原子力显微镜（AFM）。
利用金刚石针尖制成以SiO2膜或Si3N4膜悬臂梁（其横向截面尺寸为100μm×1μm，弹性系数为0.1～1N/m），梁上有激光镜面反射镜。
当针尖金刚石的原子与样品的表面原子间距离足够小时，原子间的相互作用力使悬臂梁在垂直表面方向上产生位移偏转，使入射激光的反射光束发生偏转，被光电位移传感器灵敏地探测出来。
原子力显微镜对导体和绝缘体样品都适用，且其分辨力达到0.01nm（0.1A），可以测出原子间的微作用力，实现原子级表面观测。
根据光隧道效应原理，利用光纤探测头、压电陶瓷、光电倍增管、扫描控制跟踪系统和微机，可以构成光隧道显微镜。
它可以探测样品的表面形貌。
在经典物理中，光在光纤内部全反射，在量子物理中，激光可以从一根光纤内通过隧道效应进入相距很近的另一个光纤内部，分光器就是利用量子隧道效应而制成的。
电子具有粒子性又具有波动性，因此存在隧道效应。
近年来，人们发现一些宏观物理量，如微颗粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量等亦显示出隧道效应，称之为宏观的量子隧道效应。
量子尺寸效应、宏观量子隧道效应将会是未来微电子、光电子器件的基础，或者它确立了现存微电子器件进一步微型化的极限，当微电子器件进一步微型化时必须要考虑上述的量子效应。
例如，在制造半导体集成电路时，当电路的尺寸接近电子波长时，电子就通过隧道效应而溢出器件，使器件无法正常工作，经典电路的极限尺寸大概在0．25微米。
目前研制的量子共振隧穿晶体管就是利用量子效应制成的新一代器件。
宏观量子隧道效应波动性
量子力学揭示了电子的独特性质，它既是粒子又是波动，这一特性导致了量子隧道效应的存在。
近年来，这一现象的范围被扩展到宏观世界，如微小颗粒的磁化强度和量子相干器件中的磁通量，显示出令人惊讶的量子隧道效应，被命名为宏观量子隧道效应。
量子尺寸效应和宏观量子隧道效应在未来的微电子和光电子器件发展中扮演着关键角色。
它们不仅可能成为新型器件的基础，还可能为现有微电子器件的微型化设定了新的限制。
当电路尺寸接近电子波长时，经典理论的局限性显现，电子通过量子隧道效应超出设备，导致电路功能失效。
传统的半导体集成电路设计中，电路的极限尺寸大约是0.25微米。
为了克服这一问题，科研人员已经开发出了利用量子效应的新型器件，如量子共振隧穿晶体管。
这种器件的出现，标志着我们正朝着利用量子力学特性来突破传统技术局限的新阶段迈进。
宏观量子隧道效应是基本的量子现象之一，即当微观粒子的总能量小于势垒高度时，该粒子仍能穿越这一势垒。
近年来，人们发现一些宏观量，例如微颗粒的磁化强度，量子相干器件中的磁通量等亦有隧道效应，称为宏观的量子隧道效应。
隧道效应是微观粒子什么的表现
1. 宏观量子隧道效应是量子力学中的一个基本现象，它指的是当一个微观粒子的总能量小于某个势垒的高度时，这个粒子仍然能够穿越这个势垒。
2. 近年来，科学家们发现了一些宏观量，比如微小颗粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量等，也表现出量子隧道效应，这些现象被称为宏观量子隧道效应。
3. 早期，宏观量子隧道效应曾被用来解释为什么在低温下，一些纳米大小的镍颗粒仍然保持超顺磁性。
4. 进一步的研究发现，在Fe-Ni薄膜中，当温度降到某一临界值以下时，畴壁的运动速度几乎不再随温度的降低而变化。
5. 一些研究者提出，量子力学中的零点振动在低温下可能起到类似热波动的作用，这使得在接近绝对零度时，微小颗粒的磁化矢量重取向仍然有限，即在绝对零度时仍然存在非零的磁化反转率。
6. 宏观量子隧道效应的研究对于基础科学和实际应用都非常重要，它限制了磁带和磁盘等信息存储介质的使用寿命。
7. 量子尺寸效应和隧道效应将是未来电子器件设计的基础，或者它们可能决定了现有微电子器件进一步微型化的极限。
8. 当电子器件进一步缩小到纳米尺度时，上述的量子效应必须被考虑进去。
9. 量子尺寸效应、表面效应、小尺寸效应和量子隧道效应都是纳米微粒和纳米固体的基本特性。
10. 除了这些基本特性，纳米材料还表现出一些在此基础上的一特殊性质，如介电限域效应、表面缺陷、量子隧穿等。
11. 这些特性使得纳米微粒和纳米固体表现出许多奇异的物理和化学性质，产生了一些“反常现象”。
12. 例如，通常金属是导体，但在低温下，纳米金属微粒可能会因为量子尺寸效应而表现出电绝缘性。
13. 一些通常表现为铁电体的材料，如PbTiO3、BaTiO3和SrTiO3，在尺寸进入纳米级别后可能会变成顺电体。
14. 铁磁性物质在纳米尺度（约5nm）时，由多畴变成单畴，显示出极强的顺磁效应。
15. 当氮化硅微粒组成纳米陶瓷，粒径达十几纳米时，它们不再具有典型的共价键特征，界面键结构部分极性，交流电下电阻很小。
16. 化学惰性极高的金属铂制成纳米粒子（铂黑）后，表现出极高的催化活性。
17. 金属纳米粒子的光反射能力显著降低，通常可低于1%，而它们对光的吸收能力极强。
18. 由纳米粒子组成的纳米固体在较宽的光谱范围内显示出对光的均匀吸收性。
19. 纳米复合多层膜在特定频率范围内的吸收峰高达14dB，而在10dB水平的吸收频宽可达2GHz。
20. 断裂强度方面，6nm的纳米Fe晶体比多晶Fe提高了12倍。
21. 纳米Cu晶体的自扩散速率是传统晶体的10^16至10^19倍，是晶界扩散的10^3倍。
22. 纳米金属Cu的比热是传统纯Cu的两倍。
23. 纳米固体Pd的热膨胀系数是一倍。
24. 纳米Ag晶体作为制冷机的热交换器效率比传统材料高30%。
25. 纳米磁性金属的磁化率是普通金属的20倍，而饱和磁矩是普通金属的一半。
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