2020年3月4日 星期三

量子穿隧是什麼

一、椎木一夫(圖解量子力學)
1)根據測不準原理,時間的不準度與能量的不準度成反比。如果時間愈穏定,即在某些瞬間,則能量愈不穩定,可能在某些瞬間導致能量愈大,而致粒子可以克服能量障礙由低能量穿越障壁而到高能量處。
2)鈾會放出氦原子核(2個質子及2個中子),衰變成別的元素。通常核內的質子及中子會靠強核力緊抓在一起,低能量的弱力衰變或電磁力如何克服強力而放出質中子。伽莫夫指出氦核粒子(阿爾法粒子)因為測不凖原理,可以瞬間獲得極大能量而掙脫原子核的束縛,很像在火山的側腹挖隧道,所以叫穿隧效應。
另例:兩金屬之間用很薄的(1億分之一公尺)玻璃等絕缘體隔開,並在兩側連結電線,電流可以通過。只要电子在瞬間獲得很大能量,就可以越過絕緣體的障礙,穿越到另一侧。
以波的觀點比較容易理解穿隧效應。
二、石克昭(話說量子)
1)電子或其他微觀粒子能夠貫穿在經典力學看來無法貫穿的壁壘,像打通隧道一般穿了過去。注意不是一定能穿越,而是有可能穿過。
2)1928伽莫夫設計了一個原子核的位勢模型,通過對波函數的運算導出了一個粒子的半衰期與能量的關係方程,可以使核中的阿爾法粒子擺脫強力的束縛而突破原子壁壘。
3)2012英國卡文迪許實驗室的科學家,第一次利用光讓電子穿過了中間為絶緣體的勢壘,實現了量子穿隧。穿隧理論注重的是粒子在波動方面的物理行為,表達的是粒子的「波樣性」,而不是能級的行為。
穿隧效應具有十分廣泛的實際用途,特別是在化學反應和超導、凝聚態物質的應用方面。
三、石川憲二(世界第一簡單量子力學)
1)量子力學中,物質被視為既是粒子又是波。既然是波,即使碰到牆壁也會繞射過去。就像聲音即使很小也可以在牆的另一側被聽見,這就是繞射現象。
2)1950 江崎玲於奈,研究電晶體以提高它的性能。將半導體材料「鍺」切薄作實驗,通常電壓愈大時電流也會愈大,但這時電流反而減少了。他發現這是因為穿隧效應的影響變大。伳發明了「江崎二極體」。
現代的半導體是建立在量子力學的計算上才得以成立。因此利用這些半導體的家電用品、資訊傳播機器、汽車、飛機、火箭等,若沒有量子力學就都不可能被製造出來。

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