勢壘穿透，在強電場作用下，金屬中的自由電子可成克服勢壘而逸出金屬表面，稱為"金屬電子的冷發射"；放射性元素所發生的a變，本質上是a粒子穿透了核力所形成的勢壘。它們相應的物理模型是勢壘穿透。
基本介紹
- 中文名：勢壘穿透
- 物理現象：金屬電子的冷發射
- 物理含義：E=P^2/2m
- 物理模型：勢壘穿透
概念,主要用途,
概念
1．物理現象
在強電場作用下，金屬中的自由電子可成克服勢壘而逸出金屬表面，稱為"金屬電子的冷發射"；放射性元素所發生的a變，本質上是a粒子穿透了核力所形成的勢壘。它們相應的物理模型是勢壘穿透。
2．勢壘穿透的物理模型勢能函式為
當0<=x<=a時，U(x)=Uo;
當x<0,x>a時，U(x)=0;
其解法與教材中“半無限深方勢阱”的解法類似。
3．勢壘穿透情況的物理含義
微觀粒子的動能為Eo，E=P^2/2m，P為動量。當微觀粒子為x正方向運動時，即使前方碰到的勢壘U0 >E，使只要勢壘不是太高太寬，則粒子就有可能穿過勢壘而到達勢壘的另一側。這一量子力學現象叫做勢壘穿透或隧道效應。
這一模型不僅說明了金屬的冷電子發射和核的衰變。而且為“掃描隧穿電子顯微鏡”的研製奠定了理論基礎。
4.黑洞的勢壘穿透
黑洞的邊界是一個物質（包括光）只能出不能進的“單向壁”。這單向壁對黑洞內的物質來說就是一個絕高的勢壘。理論物理學家霍金（S.W.Hawking）認為黑洞並不是絕對黑的。黑洞內部的物質能通過量子力學隧道效應而逸出。但他估計，這種過程很慢。一個質量等於太陽質量的黑洞溫度約為
K，約需
a才能完全“蒸發”消失。不過據信有一些微型黑洞（質量大約是太陽質量的
倍）產生於宇宙大爆炸初期，經過2×
a到現在已經蒸發完了。
主要用途
隧道效應本質上是量子躍遷，電子迅速穿越勢壘。隧道效應有很多用途。如製成分辨力為0.1nm（1A）量級的掃描隧道顯微鏡，可以觀察到Si的（111）面上的大元胞。但它適用於半導體樣品的觀察，不適於絕緣體樣品的觀測。在掃描隧道顯微鏡（STM）的啟發下，1986年開發了原子力顯微鏡（AFM），其工作原理如圖5所示。利用金剛石針尖製成以SiO2膜或Si3N4膜懸臂樑（其橫向截面尺寸為100μm×1μm，彈性係數為0.1～1N/m），樑上有雷射鏡面反射鏡。當針尖金剛石的原子與樣品的表面原子間距離足夠小時，原子間的相互作用力使懸臂樑在垂直表面方向上產生位移偏轉，使入射雷射的反射光束髮生偏轉，被光電位移感測器靈敏地探測出來。原子力顯微鏡對導體和絕緣體樣品都適用，且其分辨力達到0.01nm（0.1A），可以測出原子間的微作用力，實現原子級表面觀測。根據光隧道效應原理，利用光纖探測頭、壓電陶瓷、光電倍增管、掃描控制跟蹤系統和微機，可以構成光隧道顯微鏡。它可以探測樣品的表面形貌。在經典物理中，光在光纖內部全反射，在量子物理中，雷射可以從一根光纖內通過隧道效應進入相距很近的另一個光纖內部，分光器就是利用量子隧道效應而製成的。 電子具有粒子性又具有波動性，因此存在隧道效應。近年來，人們發現一些巨觀物理量，如微顆粒的磁化強度、量子相干器件中的磁通量等亦顯示出隧道效應，稱之為巨觀的量子隧道效應。量子尺寸效應、巨觀量子隧道效應將會是未來微電子、光電子器件的基礎，或者它確立了現存微電子器件進一步微型化的極限，當微電子器件進一步微型化時必須要考慮上述的量子效應。例如，在製造半導體積體電路時，當電路的尺寸接近電子波長時，電子就通過隧道效應而溢出器件，使器件無法正常工作，經典電路的極限尺寸大概在0．25微米。目前研製的量子共振隧穿電晶體就是利用量子效應製成的新一代器件
