电子隧道效应(隧道效应)
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1、隧道效应目录 定义 概述 原理 发现者 用途 隧道二极管 隧道巨磁电阻效应 宏观量子隧道效应 隧道效应 tunnel effect [编辑本段]定义 由微观粒子波动性所确定的量子效应。
2、又称势垒贯穿 。
3、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。
4、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。
5、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。
6、 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。
7、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。
8、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。
9、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。
10、 隧道效应是理解许多自然现象的基础。
11、 [编辑本段]概述 在两层金属导体之间夹一薄绝缘层,就构成一个电子的隧道结。
12、实验发现电子可以通过隧道结,即电子可以穿过绝缘层,这便是隧道效应。
13、使电子从金属中逸出需要逸出功,这说明金属中电子势能比空气或绝缘层中低.于是电子隧道结对电子的作用可用一个势垒来表示,为了简化运算,把势垒简化成一个一维方势垒。
14、 所谓隧道效应,是指在两片金属间夹有极薄的绝缘层(厚度大约为1nm(10-6mm),如氧化薄膜),当两端施加势能形成势垒V时,导体中有动能E的部分微粒子在E<V的条件下,可以从绝缘层一侧通过势垒V而达到另一侧的物理现象。
15、 产生隧道效应的原因是电子的波动性。
16、按照量子力学原理,在低速情况下,具有能量(动能)E的电子的波长 h λ=----------------- √2mE (其中,h——普朗克常数;m——电子质量;E——电子的动能),在势垒V前:若E>V,它进入势垒V区时,将波长改变为 h λ’=---------------------- √2m(E-V) 若E<V时,虽不能形成有一定波长的波动,但电子仍能进入V区的一定深度。
17、当该势垒区很窄时,即使是动能E小于势垒V,也会有一部分电子穿透V区而自身动能E不变。
18、换言之,在E<V时,电子入射势垒就一定有反射电子波存在,但也有透射波存在。
19、 [编辑本段]原理 经典物理学认为,物体越过势垒,有一阈值能量;粒子能量小于此能量则不能越过,大于此能量则可以越过。
20、例如骑自行车过小坡,先用力骑,如果坡很低,不蹬自行车也能靠惯性过去。
21、如果坡很高,不蹬自行车,车到一半就停住,然后退回去。
22、 量子力学则认为,即使粒子能量小于阈值能量,很多粒子冲向势垒,一部分粒子反弹,还会有一些粒子能过去,好像有一个隧道,故名隧道效应(quantum tunneling)。
23、可见,宏观上的确定性在微观上往往就具有不确定性。
24、虽然在通常的情况下,隧道效应并不影响经典的宏观效应,因为隧穿几率极小,但在某些特丁的条件下宏观的隧道效应也会出现。
25、 [编辑本段]发现者 。
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