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简介

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由微观粒子波动性所确信的量子效应。又称势垒贯穿。考虑粒子运动碰到

一个高于粒子能量的势垒，依照经典力学，粒子是不可能越过势垒的；依照量子力

学能够解出除在势垒处的反射外，还有透过势垒的，这说明在势垒的另一边，粒子

具有必然的概率，粒子贯穿势垒。理论计算说明，关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

是一种的量子效应，关于宏观现象，事实上不可能发生。

隧道效应

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。关于微观，量子力学却证明它仍有必然的概率穿过势垒，实际也正是如此，

这种现象称为隧道效应。关于谐振子，按经典力学，由核间距所决定的位能决不可

能超过总能量。却证明这种核间距仍有必然的概率存在，此现象也是一种隧道效应。

隧道效应是明白得许多的基础。

隧道效应

概述

在两层导体之间夹一薄绝缘层，就组成一个电子的隧道结。实验发觉电子能够

通过隧道结，即电子能够穿过绝缘层，这即是隧道效应。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。

所谓效应，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），当两头施加势能形成势垒V时，导体中有动能E的部份微粒子在E

＜V的条件下，能够从绝缘层一侧通过势垒V而达到另一侧的物理现象。

产生隧道效应的缘故是电子的波动性。依照，在低速情形下，具有（）E的电

子的波长

h

隧道效应

λ=

√2mE

（其中，h——；m——电子质量；E——的动能），在势垒V前：假设E＞V，

它进入势垒V区时，将波长改变成

h

λ’=

√2m（E-V）

假设E＜V时，虽不能形成有必然波长的波动，但电子仍能进入V区的必然深

度。当该势垒区很窄时，即便是动能E小于势垒V，也会有一部份电子穿透V区而

自身动能E不变。换言之，在E＜V时，电子入射势垒就必然有电子波存在，但也

有透射波存在。

原理

经典学以为，物体越过势垒，有一阈值能量；粒子能量小于此能量那么不能越

过，大于

隧道效应

此能量那么能够越过。例如骑过小坡，先使劲骑，若是坡很低，不蹬自行车也能靠

惯性过去。若是坡很高，不蹬自行车，车到一半就停住，然后退归去。

量子力学那么以为，即便粒子能量小于阈值能量，很多粒子冲向势垒，一部份

粒子反弹，还会有一些粒子能过去，仿佛有一个隧道，故名隧道效应（quantum

tunneling）。可见，宏观上的确信性在微观上往往就具有不确信性。尽管在通常的

情形下，隧道效应并非阻碍经典的宏观效应，因为隧穿概率极小，但在某些特定的

条件下宏观的隧道效应也会显现。

发觉者

1957年，受雇于的江崎玲於奈（LeoEsaki，1940～）在改良高频2T7的进程

中发觉，当增加两头的电压时电流反而减少，江崎玲於奈将这种反常的负电阻现象

说明为隧道效应。尔后，江崎利用这一效应制成了（也称）。1960年，美裔籍科

学

隧道效应

家加埃沃（IvanGiaever，1929～）通过实验证明了在隧道结中存在单电子隧道效

应。在此之前的1956年显现的“库珀对”及BCS理论被公以为是对超导现象的完美

说明，单电子隧道效应无疑是对超导理论的一个重要补充。1962年，年仅20岁的

实验物理学研究生（BrianDavidJosephson，1940～）预言，当两个超导体之间设

置一个绝缘薄层组成SIS（Superconductor-Insulator-Superconductor）时，电子

能够穿过绝缘体从一个超导体抵达另一个超导体。约瑟夫森的这一预言不久就为.

安德森和.罗厄耳的实验观测所证明——电子对通过两块超导金属间的薄绝缘层（厚

度约为1