Physics 版 (精华区)

发信人: zjliu (秋天的萝卜), 信区: Physics
标  题: 宏观量子隧道效应
发信站: 哈工大紫丁香 (Mon May 19 22:05:10 2003) , 转信

各种元素的原子具有特定的光谱线，如钠原子具有黄色的光谱线。原子模型与量子力学
已用能级的概念进行了合理的解释，由无数的原子构成固体时，单独原子的能级就并合
成能带，由于电子数目很多，能带中能级的间距很小，因此可以看作是连续的，从能带
理论出发成功地解释了大块金属、半导体、绝缘体之间的联系与区别，对介于原子、分
子与大块固体之间的超微颗粒而言，大块材料中连续的能带将分裂为分立的能级；能级
间的间距随颗粒尺寸减小而增大。当热能、电场能或者磁场能比平均的能级间距还小时
，就会呈现一系列与宏观物体截然不同的反常特性，称之为量子尺寸效应。例如，导电
的金属在超微颗粒时可以变成绝缘体，磁矩的大小和颗粒中电子是奇数还是偶数有关，
比热亦会反常变化，光谱线会产生向短波长方向的移动，这就是量子尺寸效应的宏观表
现。因此，对超微颗粒在低温条件下必须考虑量子效应，原有宏观规律已不再成立。

    电子具有粒子性又具有波动性，因此存在隧道效应。近年来，人们发现一些宏观物
理量，如微颗粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量等亦显示出隧道效应，称之为宏
观的量子隧道效应。量子尺寸效应、宏观量子隧道效应将会是未来微电子、光电子器件
的基础，或者它确立了现存微电子器件进一步微型化的极限，当微电子器件进一步微型
化时必须要考虑上述的量子效应。例如，在制造半导体集成电路时，当电路的尺寸接近
电子波长时，电子就通过隧道效应而溢出器件，使器件无法正常工作，经典电路的极限
尺寸大概在0．25微米。目前研制的量子共振隧穿晶体管就是利用量子效应制成的新一代
器件。



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