Product Design, Manufacturing & Innovation Resources
家 » 量子隧道

量子隧道

1927
  • Friedrich Hund
在实验室环境中展示量子隧道原理的扫描隧道显微镜。

(图片仅供参考)

量子力学中,波函数可以穿过势垒传播的现象称为隧穿。在经典力学中,能量不足以克服势垒的粒子会被反射。然而,由于粒子的波动性,粒子有一定概率出现在势垒的另一侧,有效地“隧穿”了势垒。

量子隧穿是以下现象的直接结果: 海森堡 不确定性原理以及粒子位置的概率性(由其波函数描述)是关键所在。当粒子的波函数遇到势垒时,它不会骤降至零,而是在势垒内部呈指数衰减。如果势垒足够薄,波函数在势垒另一侧可以具有虽小但非零的振幅。由于探测到粒子的概率与波函数振幅的平方成正比,因此粒子在势垒另一侧被探测到的概率是有限的。

隧穿概率随势垒厚度、势垒高度的平方根以及粒子质量呈指数级下降。这就是为什么隧穿效应对于电子等微观粒子非常重要,而对于宏观物体则可以忽略不计的原因。例如,在太阳内部的核聚变中,质子没有足够的能量来克服它们之间的静电斥力( 库仑 核能垒)。核聚变之所以成为可能,是因为质子可以穿过这个核能垒,从而使强大的核力将它们结合在一起。类似地,扫描隧道显微镜(STM)的工作原理是测量尖锐金属探针和样品表面之间电子的隧道电流,从而实现原子级分辨率的成像。

UNESCO Nomenclature: 2210
- 量子物理学

类型

抽象系统

中断

重大的

用法

广泛使用

前体

  • 薛定谔 方程式(1926)
  • 波粒二象性
  • 放射性(α衰变)研究
  • 海森堡不确定性原理(1927年)

应用程序

  • 扫描隧道显微镜(STM)
  • 电子学中的隧道二极管
  • 闪存(浮栅晶体管)
  • nuclear fusion in stars
  • 原子核的α衰变

专利:

NA

潜在创新理念

  • tunneling-based dna sequencing technology
  • ultra-low power electronics using tunnel field-effect transistors (TFETs)
  • quantum-tunneling-based chemical sensors for detecting single molecules
  • energy harvesting devices based on electron tunneling
  • next-generation non-volatile memory with higher density and speed
  • controlled initiation of chemical reactions by tunneling
  • terahertz frequency oscillators
  • quantum-dot solar cells with enhanced efficiency via tunneling
相关领域:量子隧穿、波函数、势垒、扫描隧道显微镜、核聚变、α衰变、量子力学、概率。

历史背景

量子隧道

1925
1926
1927
1927
1930
1930
1930
1925
1926
1926
1927
1927
1930
1930
1930

(如果日期未知或不相关,例如“流体力学”,则提供其显著出现的近似估计)

第十年 周年纪念日

只有注册会员才能免费获得 100% 的全尺寸图片和下载。.

> 登录 <