科学网 › 标签 › 隧道效应

标签: 隧道效应

相关帖子	版块	作者	回复/查看	最后发表

没有相关内容

相关日志

电子穿过绝缘体薄膜和量子波动性没有关系: yecang 2017-8-10 08:25; 绝缘体是因为自己里面没有或极少有自由电子而不能导电，而不是外来的电子不能穿过。任何材料都是由分子原子构成的，里面有很大空隙，非金属材料尤其如此。很低速度的电子就能穿过一定的厚度。高速的电子穿过的距离更长。和材料有关系。0.1纳米的厚度，很多电子都能穿过，容易做实验的。真空也是良好的绝缘体，电子随意穿过。否则显像管怎么制作出来。一个本来就有的现象，和电子波动性没有关系。量子力学提供了一种解释而已。 ============以下是引用================ 由微观粒子波动性所确定的量子效应。又称势垒贯穿。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。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埃时，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微观世界的量子效应，对于宏观现象，实际上不可能发生。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。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。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。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。隧道效应是理解许多自然现象的基础。隧道效应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。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。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（厚度大约为几个nm（10^-6m），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EV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。; 369 次阅读|2 个评论

他造滑翔机、偷猪、拿跳水冠军，还两次痛失诺奖，却缔造了硅谷: 热度 5 beckzl 2017-1-4 22:09; 没有上天下海的魄力怎能成就一番事业 … 　　硅谷从诞生之初就是一个风云之地　　人们对硅谷的认可更可谓车轨共文　　不仅世界各地开始模仿硅谷建立高新区　　甚至还有媒体以硅谷为名，专职报道相关新闻　　不过，提起硅谷的起源，却众说纷纭，各执一词　　有人认为，斯坦福大学的教授鼓励以知识创业的理念导致硅谷的诞生　　也有人认为硅谷是从惠普最初的小车库诞生的　　实际上，当年若不是这个人发明了硅晶集成电路　　今天硅谷的地盘也许会是樱桃谷、飞机谷、啤谷硅谷最有代表性的谷歌公司　　他当初年少无知造滑翔机让7岁的弟弟爽上天　　大学为聚餐而偷农民的猪险些被处以绞刑吊死　　在实验室研究量子隧道效应被驳回　　结果被索尼的日本科学家先发明，拱手让出诺奖量子隧道效应　　他带领实验室另7人叛逃，创立闻名的仙童半导体　　发明了基于硅晶集成电路，性能可靠且价格低廉　　后因为公司内部事务，叛逆八人相继离开　　四处落地生根，繁荣昌盛，那块谷地也因硅而得名　　他则继续依靠集成电路建立起了因特尔帝国叛逆八人组　　 2000年的诺贝尔物理学奖决定颁给在集成电路领域贡献巨大的科学家　　可获奖的却是他的老对手，与他同时期发明锗集成电路的基比尔　　因为这回，他却早在十年前因游泳心脏病突发辞世，再次错过诺奖，令人唏嘘 … 　　罗伯特·诺伊斯是个了不起的人　　他生长在一个世代做牧师的家庭　　祖父和父亲都接受了高等的神学教育　　而且祖上还出过诗人、大学创办者甚至是州长　　家庭给诺伊斯带来了不少宗教上的戒律清规　　这些教条的确给诺伊斯带来了一些秉性　　也为他日后的生涯埋下了仁慈的隐患　　但却没有从行为上完全限制住诺伊斯　　他小时候依旧是个不太规矩的孩子　　成天收集一些奇奇怪怪的玩意，敲敲打打搞发明　　 12岁那年，诺伊斯和大他2岁二哥打算搞个大新闻　　他们从百科书上看到了滑翔机的图片，兴趣十足　　于是花了他们整幅身家，买来了材料　　还找邻居弟弟家的家具店里“借”了些多于的竹竿　　有模有样的组装成了一架滑翔机　　诺伊斯从格林纳尔学院的楼顶上平稳滑下　　还有人称看到兄弟俩其一从体育场的看台飞出去　　他们甚至还说服了7岁的亲弟弟爬上滑翔机　　两兄弟开着车，牵引着滑翔机起飞　　他们俩最大的也不过14岁而已啊　　这怎么可能不引起当地的轰动　　后来，《格林纳尔信报》派来了一名记者给这两个小家伙拍摄照片　　诺伊斯骄傲地爬上谷仓顶，一跃而下　　他在空中滑翔了三秒，但可能是因为操作失误　　最后摔了个狗啃屎，差点丢了性命　　诺伊斯与哥哥制作的滑翔机　　后来他从一个旧洗衣机上拆下电机焊在雪橇后　　造出了一个山寨版雪地摩托，并且用它去送报纸　　成为了镇上远近闻名的“洗衣机侠” 　　诺伊斯的那些作品林林总总估计一间房都放不下　　至于学习方面，诺伊斯其实根本不用特别上心　　因为格林纳尔学院就是他那个牛逼的祖宗创立的　　不过尽管如此，诺伊斯的较真劲儿还是主导了他　　他以高中全校第一的成绩，实力考入格林纳尔学院格林纳尔学院　　来到大学，主修物理、数学的诺伊斯绽放了　　他不仅学习优秀，各种活动样样精通　　 1947年获得全美中西部运动会跳水冠军　　除了有优秀运动员的素质，他还能演奏双簧管　　甚至还在当地电台的广播剧中饰演角色罗伯特·诺伊斯　　这样完美的学生，不仅迷得女生死去活来　　就连物理系主任也对他情有独钟（纯洁的）　　主任是晶体管发明人巴丁的同学，手里也有一些高精尖的科技产品　　他最喜欢的诺伊斯自然就成为了最早用晶体管做实验的人之一　　这段经历对他影响深远，他也从没忘记主任的恩惠　　日后诺伊斯总将公司的新产品寄给主任供教学用　　然而再完美再老道的司机也总有翻车的一天　　那次，诺伊斯的宿舍要举办一次南太平洋风味宴会　　一切都准备就绪了，可单单缺少一味香酥的乳猪　　诺伊斯不知怎么的，二话不说就和舍友去附近农场捞了一只猪崽回来　　据说当时诺伊斯的女友怀孕了，他正为此发愁　　事情还没完，他们不单偷猪，还在宿舍三楼的浴室杀猪　　小猪刺耳的嚎叫几乎把整栋宿舍的学生都吵醒了　　事情败露了，传言说农场主甚至准备好了绞刑架　　的确，在50年前，偷猪和盗马都是要被绞死的　　就算在当时也是免不了蹲一年的大牢房的　　不过经过父亲的据理力争，诺伊斯逃过一劫　　但要被休学一学期，诺伊斯索性去了纽约干保险　　一年后返校还是轻松写意地拿到了毕业证　　同时拿到的还有一笔不菲的奖学金罗伯特·诺伊斯　　本科毕业后诺伊斯本想延续儿时作死的梦想　　他兴致勃勃地报考了空军，想成为飞行员　　结果体检的时候还没等到医生检查菊花　　他就因为色弱被筛选出局了　　残酷的现实逼着他走向“绝路”——上MIT 　　可来到麻省理工学院，一次摸底考试就让他绝望了　　那是他第一次羞于将成绩告诉父母　　 MIT可不是什么小池塘，这里鱼龙混杂　　以前靠小聪明的策略已经行不通了　　于是发奋图强，一口气拿到了博士学位和结婚证　　毕业后诺伊斯在一家小公司的研发部门干了三年　　结果公司的晶体管还是走不出实验室，面临倒闭　　就在这时候，他接到了肖克利（同样是晶体管发明人之一）的电话　　邀请诺伊斯加入他在西海岸新成立的公司　　这还了得！诺伊斯二话不说就答应了，还没面试就已经买下了一套房子肖克利　　不过，现实没有这么美好，肖克利虽然有才能　　但在管理上有些唯我独尊，而且控制欲爆表　　那年，诺伊斯刚提出量子隧道效应的概念　　满心欢喜地请肖克利指教，结果他毫无兴趣　　次年，索尼的研究院江崎玲於奈也发现了此现象　　他也因此获得1973年的诺贝尔物理学奖实验室庆祝肖克利获得诺贝尔奖　　终于有一天，实验室里这些大学生忍不住了　　 8名员工不辞而别，被那个老顽固称作 “叛逆八人组” 　　他们另起炉灶，重新拉投资，建立公司　　最终他们与投资人签订协议，共同制定商业计划　　达成了历史上第一次风险投资，仙童半导体成立仙童叛逆八人组　　仅仅半年，仙童在诺伊斯的领导下就已经盈利了　　但是由于电子设备分发展，晶体管电路的规模越来越大　　不仅设备难以容纳下这些体积算不上小的晶体管　　生产成本也居高不下　　诺伊斯想方设法地要解决这一难题，结果他一查　　德州仪器的基尔比已经制成了锗晶集成电路　　但是基尔比的方法是“大力出奇迹”，生产困难　　并且采用了比硅性能差的锗，不切实际　　 1959年，诺伊斯的集成电路设计申请了专利　　他创造性地在氧化膜上用平面工艺制作出铝导线　　让电子元件和导线合为一体，堪称神来之笔　　直到今天所有的半导体集成电路都还在使用这种工艺　　一开始，仙童靠着诺伊斯的集成电路赚了大钱　　诺伊斯也落实了自己同样扁平化的办公理念　　消除员工与管理层之间的隔阂，让好的想法和创意第一时间传达　　仙童半导体一度生机勃勃，俨然是刚升起的巨星　　可好景不长，随着公司越来越庞大，投资人开始插手到公司的事务中　　再加上诺伊斯对员工过于仁慈，不愿意解雇员工　　仙童半导体的业绩逐步下滑，兵荒马乱　　当年叱咤风云的“叛逆八人组”也逃得七七八八了　　只剩诺伊斯和摩尔坚守阵地，可也终于撑不住了　　他俩一起离开仙童，靠着自己的名字就拿到了250万美元的投资　　打算建立新的公司，起名摩尔诺伊斯，可是因为念起来太像more noise只好作罢　　最终，他们以“智能”一词的词首作为公司名字　　也就是后来靠 “灯，等灯等灯” 洗脑万千人的因特尔公司因特尔第一款8位CPU 8008 　　英特尔成立后，诺伊斯担任一把手，负责融资谈判　　对于公司的人事生产他都交由他人管理　　而生产研发则由提出了 “摩尔定律” 的摩尔话事　　摩尔凭借敏锐的眼光预测到了处理器和PC的发展　　成就了因特尔今天半导体霸主的地位　　因特尔刚走上正轨，诺伊斯就开始各种浪　　先是滑雪摔断腿，又是开飞机、冲浪　　终于在1990年，诺伊斯在一次游泳中心脏病发作罗伯特·诺伊斯　　美国因特尔的优秀员工，久经考验的半导体巨人　　因特尔首任首席执行官，集成电路的发明者　　麻省理工学院物理学博士，仙童半导体创办人　　罗伯特·诺伊斯同志因游泳心脏病发　　于1990年6月3日逝世，享年62岁罗伯特·诺伊斯　　一位巨人离开了人世，但是他给人类带来了无限的生机　　他掀起了半导体的革命，那片谷地也因为他的半导体产业而得名“硅谷” 　　诺伊斯建立的仙童半导体更是养育了众多人才　　据说硅谷某一次关于半导体的会议上　　出席的400人中只有24位没有在仙童工作过罗伯特·诺伊斯与乔布斯　　 2000年，集成电路发明42年后　　诺贝尔物理学奖颁给了集成电路发明人　　可伟大的 “硅谷市长” 诺伊斯已离去10年　　最终获奖的基尔比都表示他应该享有这一荣誉要是诺伊斯活着的话，他应该与我分享这一荣誉，我的工作引入了处理电路元件的新角度，此后集成电路的绝大多数成果和我的工作没有直接联系。　　硅谷虽不由诺伊斯一手建立　　但硅谷因他而得名，也因他而充满生机　　诺伊斯就是硅谷最无争议的代言人文章首发于微信公众号：SME 欢迎关注; 6173 次阅读|5 个评论

水分子的新物态?: chemicalbond 2016-4-29 18:34; 近日微信上看到相关介绍。大致内容与这个网页写的类似 http://jandan.net/2016/04/24/water-new-state.html 科学网也有介绍： http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2016/4/344295.shtm 原文在这里 http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.116.167802 皇家化学会介绍 http://www.rsc.org/chemistryworld/2016/04/new-state-water-delocalised-protons “H owever, other researchers will probably want to scrutinise these calculations carefully before accepting the claims. And whether this genuinely qualifies as a ‘new phase of water’ seems likely to excite some debate. The molecule is, after all, unchanged, other than switching between several energetically equivalent states . ‘This looks to me like just a realisation of quantum mechanics and not so different from what water will do on this same potential energy surface at higher temperatures when it is classically rotating,’ says Angelos Michaelides of University College London ” 感觉原文作者没有普通化学知识，把量子力学得出的多个状态的平均当成体系在某个时间点存在的状态。一个简单的问题是体系的初始状态是什么，几个氢原子，几个氧原子？; 个人分类: 科普与新知|2305 次阅读|0 个评论

量子世界的牵手穿越: 热度 18 Penrose 2015-9-20 19:22; 看过电影《道士下山》的人一定对影片中神奇的“猿击术”武功惊叹不已，想必道士何安下将来肯定技艺超群到神乎其神。中国的道士真有那么牛么？翻一翻连环画《劳山道士》，你会发现还有更加神奇的事情——某些道士居然有毫发无损穿墙而过的道行，简直太不可思议了！要知道，对于普通人来说，要从墙的这头到墙的那头，除了消耗体力翻墙，别无他法。且莫要沮丧，从物理学的角度来看，这个“穿墙而过”可以有，只不过并不发生在我们宏观世界，而是在原子尺度的微观世界里。量子物理告诉我们，一个粒子如果想要去“山”的那一头，它根本不需要像经典物理描述的那样翻山越岭，而完全可以从山脚下打个隧道穿越过去，这个过程称之为“量子隧穿”。为什么微观粒子可以“穿墙而过”呢？量子的世界，对于经典世界的我们是十分陌生的。大体来说，量子世界里的微观粒子并不像我们在宏观世界看到的一个个小球一样，它们除了具有“粒子性”之外，还具有“波动性”。对于微观世界的一个电子，它既可以像一个有体积有质量的粒子和别的微粒发生碰撞，又可以像一束波那样向前传播能量甚至绕过障碍物。具有“波粒二象性”的粒子行踪捉摸不定，以至于我们只能用它某时在某地出现的概率来描述。也就是说，粒子在山的这头，还是那头，完全是个概率事件。如果下一时刻，粒子跑到了山那边，就意味着它发生了“量子隧穿”。对于微观粒子而言，穿越虽并非幻想，但也不是随时随地都行的。即使面对蹦跶一下就能够得着的“高山”，粒子穿越的概率也一般小于百分之一，如果这座“山”再宽十倍变成厚墙，这个概率立马会下降到十亿分之一甚至更小。如果要让一大波不同粒子群体穿越，可能性基本上是零，这正是宏观的人类无法穿墙原因。好在微观世界电子数目多了去了，总是有那么一小撮不安分的家伙想跑到山那头去看看风景，于是，被科学家抓到了。如果用原子尺度的针尖去接近材料表面，在无须触碰到表面原子的情况下，就可以通过隧穿过来的电流大小得知材料表面电子密度的大小，就像伸手去“触摸”或“感知”原子一样。这种神器称之为“扫描隧道电子显微镜”，具有“看到”原子的火眼金睛，是现代科研常用的尖端仪器之一。在一般的材料里面，电子都是特立独行的，它们喜欢自个儿“偷渡”到另一物体里，而懒得理会同伴。但是，如果把两块超导材料放在一起，情况就大不同啦！超导体在特定温度下电阻会消失为零，其奥秘就在于材料内部电子之间发生了奇妙的故事——某些能量相同但运动方向相反的电子会擦出爱情的火花而“两两配对”。这些超导电子对又被称为“库伯对”，是以理论预言该现象的物理学家库伯命名的。在超导材料内部，会有大量的库伯电子对，这些幸福的对儿在受到干扰的时候会“互相鼓励”——如果某一个电子在运动过程能量受到损失，那么和它配对的那个电子的能量就会增加。因此，库伯对作为整体在运动过程中没有能量损失，也就不会产生电阻，超导体宏观电阻为零。配成对儿的电子们，就像整个班里的同学都陷入早恋一样，它们还将保持整体步调一致，大伙儿按照共同的节奏行进，物理学上称之为“相位相干”。那么，如果把两块超导体靠近，中间还隔着一层薄薄的绝缘体，会发生什么有趣的事情？假设 A 班的某男生想穿越去 B 班，那他肯定依依不舍他在 A 班的女朋友，因为 B 班那边一个人都不认识。好吧，那么干脆让该男生带着他女朋友一起转学去 B 班吧。等他们手牵手过去那边教室一看，咦？怎么 B 班的成双成对的同学们在慢走啊？步调根本和他们自己不协调呢。于是，这对刚刚发现新大陆的同学就回去拉班里其他同学一块过来参观。两个步调不一致的班里同学碰到一起，难免要有点磕磕碰碰，于是就发生了物理世界所谓的“干涉”。这种超导库伯对的集体隧穿，称之为超导隧道效应。利用该效应制备出的一种高大上的仪器叫做“超导量子干涉仪”，这种干涉仪具有极高的灵敏度。由于干涉效应的存在，超导量子干涉仪里面电流会随着外磁场变化出现强度震荡。哪怕是穿过环间的一根磁通线发生了变化，通过干涉仪的电流强度就会出现响应。超导量子隧道效应又被命名为“约瑟夫森效应”，是以其理论预言者英国物理学家约瑟夫森命名的。约瑟夫森发现超导电子对可以发生隧穿效应的时候，仅仅是一名 22 岁的在读研究生。在偶然听学术大牛安德森的报告之后，有了初步的设想，并随后在安德森指导下理论推导出了超导隧道效应的结果。郁闷的是，安德森本人的导师皮帕教授并不喜欢这个疯狂的想法，而当时超导界的顶级大牛巴丁教授同样极其抗拒约瑟夫森的研究结果，尽管巴丁本人因发明晶体管和建立常规超导理论而荣获两次诺贝尔物理学奖，他还是接受不了超导电子对儿也能隧穿的新奇思想。约瑟夫森没有迷信或屈服权威，而是坚持发表了论文。不久之后，超导隧道效应的实验获得了成功，“约瑟夫森效应”一词终于被人接受，约瑟夫森本人也于 1973 年获得诺贝尔物理学奖。关于微观世界电子们手牵手成对儿穿越的故事，传为佳话，从此开启了超导应用的新世界。以超导约瑟夫森效应为原理制作的超导约瑟夫森隧道结是超导约瑟夫森器件的核心元件，它和基于 PN 结原理的传统半导体器件有着显著的不同，最特别的地方在于它本质上是一个非线性电感元件。前面提到的超导量子干涉仪，其核心元件就是一个中间插有两个约瑟夫森结的超导环。近年来，超导约瑟夫森器件家族里冉冉升起了一颗耀眼的新星——超导量子比特。打开你的电脑机箱，就会发现主板上的核心部件—— CPU ，其原理就是基于半导体元器件——经典比特。信息技术领域的摩尔定律告诉我们，计算机每秒的运行次数随着年代在持续增长，但是总有一天会遇到尽头——因为经典比特里的电路宽度不能无限小，而是会触碰到量子极限。当集成电路单元越来越小的时候，量子效应的凸显会让所有经典的电路失效，最后电脑里只能越来越多个核，而不是一个核集成越来越多的电路，当然，这个临时的法子也会在未来十年里走到绝境。怎么办呢？最好的办法并不是逃避量子效应，而是主动利用起量子效应。其中，超导量子比特就是替代经典半导体比特的选择之一。量子的世界十分神奇，正如粒子隧穿是概率事件一样，两个量子放在一起，它们的状态并不是一是一、二是二，而是互相叠加甚至纠缠在一起，体现出更加复杂的量子态，结果就是 1+1 远大于 2 。一个量子比特能携带的信息是常规电子计算机里面经典比特的两倍，如果有 N 个量子比特和 N 个经典比特 PK ，那么量子比特群体将能携带 2 的 N 次方倍的数据量。这是一个什么概念？仅仅需要 32 个量子比特就能存储 4GB 的信息量！显然，量子比特完胜！利用超导材料制作成的超导量子比特，还具有形式多种多样、宏观尺寸大、良好的设计加工自由度，易于集成化规模化等独特优势。这意味着，超导量子比特具有非常广阔的应用空间。更重要的是，由于处于超导态下电阻为零，超导量子器件时零能耗的，从此再也不用发愁 CPU 温度过高的问题了。如果把超导量子比特组装成计算元件，就可以造出超导量子计算机。其计算性能也将是现在经典计算机的指数倍，比如说，普通计算机算一年的工作量，在超导量子计算机里也许只需要不到一秒的时间！做一部 IMAX 高清动画对于量子计算机来说也就是分分钟搞定的事儿，未来的美好简直不敢想象！不过先别兴奋太早，超导量子计算机技术还处在初步阶段，离真正的大规模商业推广还有一定的距离。目前的量子比特系统是十分脆弱的，任何调控和测量都会对其产生干扰，而某些小的扰动则可能会导致计算错误，甚至一击回到原始社会——彻底摧毁量子系统。尽管如此，科学家们也一直在为人类的梦想而努力！从 1969 年提出量子计算机的概念，一直到 2007 年，世界首台量子计算机“ Orion ”诞生于加拿大D-Wave公司，这台计算机含有128个超导量子比特和2.4万个约瑟夫森结。随后 2011 年他们推出了升级版本“ D-Wave One ”，具有 128 个量子位，运算速度提升了四倍，最新的产品已经达到了1000多个量子比特。不过也有不少科学家怀疑D-Wave不是严格意义上基于门操作的量子计算机，而是量子退火的模拟机。正是从怀疑和验证的出发点开始， IBM 正联合谷歌和 NASA 研制下一代具有 512 个量子比特的超导量子计算机。量子计算机的研究在中国也正处于加速进程中， 2015 年 7 月 30 日，“中国科学院—阿里巴巴量子计算实验室”正式在上海成立。新一轮关于超超级计算机的竞赛，已经如火如荼进行中了。你，会想加入其中吗？（全文完）【作者注】此文为中国科协移动端科普融合创作项目“科普中国” 征文投稿原文。经编辑修改后的文章发表在“科普中国-移动融合创作”，标题和链接如下：量子世界的“偷渡、私奔和群架 http://www.kepu.net.cn/gb/ydrhcz/ydrhcz_zpzs/ydrh_lzsjdtdsbqj/201509/t20150917_15634.html; 个人分类: 水煮物理|18891 次阅读|32 个评论

约瑟夫逊效应及隧穿实验分析理解: 热度 3 jmluo0922 2013-3-3 17:55; 通过百度百科的词条解释，很容易找到约瑟夫逊效应的相关解释，下面是该效应原理部分全文：在线形量子力学中，由于电子等微观粒子具有波粒二象性，当两块金属被一层厚度为几十至几百A的绝缘介质隔开时，电子等都可穿越势垒而运动。加电压后，可形成隧道电流，这种现象称为隧道效应。若把上述装置中的两块金属换成超导体后，当其介质层厚度减少到30A左右时，由超导电子对的长程相干效应也会产生隧道效应，称为约瑟夫逊效应 1962年，B.D.约瑟夫逊计算了两边都是超导体结的隧道效应，得到以下重要结果：①在超导结中电子对可以通过氧化层形成超导电流，而结上并不出现电压，称为直流约瑟夫逊效应。在外磁场中，超导结的最大超导电流随磁场出现规律性的变化。②当结上加有电压U时，产生高频超导电流,效率为2eV/h（h为普朗克常数)，这称为交流约瑟夫逊效应。 1963年，C.D.安德森和J.H.罗厄尔在实验中观察到直流约瑟夫逊效应。罗厄尔又在实验中证实了最大超导电流与磁场的关系，约瑟夫逊的理论遂得到完全的证实。 1、Sn-SnOx-Sn超导结直流约瑟夫逊效应实验的量子力学解释 Sn-SnOx-Sn超导结的隧道效应是通过测量结的伏安特性来确定的，如图1所示，图1a)结出了Sn-SnOx-Sn结构，图1b)为结构的电流电压关系（伏安特性曲线）。从图1b)可以看出，Sn-SnOx-Sn超导结约瑟夫逊效应发生时，结电压为0mV，电流值接近2mA。如果按照电子学的知识来理解，Sn-SnOx-Sn结相当于一平板电容，在直流情况下，如果不考虑热噪声（这点我将在稍后讨论），是不会有电流产生的。量子力学采用电子行进波隧穿势垒（能量间隙）的模型，进行了相关的计算和分析，图2为三种理想势垒U(x)情况下电子行进波隧穿的示意图。图2.三种典型的隧穿效应示意图通过半经典的WBK计算，电子行进波通过这三种典型势垒的波函数是可以解析求解的，结果可以从百度百科 “隧穿电流” 条目的解释中找到，具体为：对于矩形势垒（图2(a)），电子的势能U(x) = q Φb =常数（即势垒高度恒定），则电子的隧穿几率为 T(矩形)= exp 对于三角形势垒（图2(b)），电子的势能线性变化，即U(x)-E = qΦb (1-x/Δx)，则有隧穿几率： T(三角形)= exp = exp 式中的 E 是势垒中的电场强度。对于抛物线形势垒（图2(c)），U(x)-E = q Φb (1-4x/Δx)，则有隧穿几率： T(抛物线)= exp 以上为网络百科提供的标准知识，并用于隧道结伏安特性曲线的解释。 2、个人的相关分析我认为上面理论分析模型过分理想化和简单化，不能完全反映相关实验相关条件和结果，隧道效应除约瑟夫逊超导类型外，还存在其它多种类型，例如图1b)中的加矣沃，以及以下图3给出的类型。图3.隧道效应类型伏安特性示意图从这些实例的伏安特性曲线可以看出，即使隧道结的两个极板间存在电位差，也有隧穿电流产生的，也就是上面的模型中只计算了电子行进波隧穿势垒前后的位能为0或相同是不全面的，不具有普遍代表性。实际上，在具体实验中，两个极板分别带有一定的电位E0、E1，在伏安特性测定时，不断的变化电位差U(x)，因此必须对理论计算模型进行改进，才能真实的反映实验相关条件，如图4所示。图4.不对称势垒隧穿示意图因此，我们在分析计算时，就该按照图4(a)-(c)中的情况，采用WBK方法进行分析，也许会没有相关解析解。但我们可以对行进波隧穿上述三种改进后的势垒情况进行定性的简单分析。对于图4(a)、(b)、(c)势垒，电子行进波的波函数在入射区、势垒区和出射区都会有解，也就是有分布的几率，因此，我在上篇博文提出的量子隧道“永动机” 的原型设计，如图4(d)，从隧穿效应的原理来讲，是没有问题的。当然永动机绝对是一种荒谬的想法，因为它违背了能量守恒原理。但通过隧道效应的原理分析，得到了可能存在的线索，因此我们不得不反思：量子隧穿效应是否像量子力学分析的那样真实存在！这就是我写本文和上篇文章的目的所在！由于本文涉及到的超导等知识，不是我的本专业内容，如有表达或认识不当，请即时指出，谢谢！; 个人分类: 杂谈|18002 次阅读|33 个评论

量子纠缠与心灵感应: 热度 1 yanghualei 2010-11-11 22:30; 1.量子纠缠空间是场纠结的地方，假若两场量子归属于一个系统，不论粒子被安置在相距多远的空间，只要一场量子受到外界扰动而发生状态改变，另一场量子也将配合其行为瞬间发生相应的状态调整，如果真存在像贝尔所验证的量子纠缠和超距作用的玄幻现象，并且也真的存在民间所流传的同胞相息，心灵感应，那么量子纠缠和心灵感应的玄灵现象可能就有深层次的内在相似性以及法则的同源性，那研究心灵感应能否用量子纠缠？ 2.不确定性当不观察它的时候它是波，当观察它时它就塌缩为粒子（传统观点）；当别人不调查你的时你是处在一行为状态，当告诉你别人要调查你的时候你却表现为另一种状态；当我精确的知道你的位置时却不知道你将要往哪里去，当我知道你将要去那的时候却对你如今所处的位置一无所知；无论是粒子还是行子（人），本身表现出来的不确定性总是为了免于控制而进行的掩饰和不完全暴露自己；当你坐在快速上升的电梯时候你会感觉自己超重，当你坐在快速下降的电梯时候你会感觉自己失重，总结下，一事物强迫另一事物向某特定方向挺进时，若强迫的越厉害则反抗的声音和行为就越大，如电梯强迫人快速上升（速度越大），则人的反抗行为：质量加大（重力是抵抗上升的力）。 3.隧道效应发射一系列动能小于势垒的粒子群，通过观察屏在势垒的另一侧却发现粒子的足迹，好像其在势垒中间打个洞从中穿过，这种现象称为量子隧道效应，一般势垒越大，单个粒子穿过的概率就越小，究其为什么能穿过的原因两个字：借或者租，粒子虽没有跨越势垒的足够能，但粒子在活动空间内有市场行为和社会关系圈，其可以租或者可以借，就像人租赁场馆和借用朋友的交通工具一样，其并未违背能量守恒，那为什么粒子能借或者租能量？原因是由粒子的两象性决定的，精确的说是粒子的波动性所决定和提供担保的，厂主才敢向你出租场馆，朋友才愿意借给你交通工具，粒子多人性化，竟然它懂得没有的能量的时候可以借，好像人在社会上混的招数其都懂，没钱就借，借了消费进而创造生产力，生产力能带来价值，有价值就可以还债，这种社会循环到自然界就是能量的流通，故当把粒子赋予社会的属性，再去理解和研究粒子的态势，就会感觉容易许多。; 个人分类: 交叉科学|10963 次阅读|5 个评论

更多...

帐号		自动登录	找回密码
密码			注册

关闭 安全验证

标签: 隧道效应

相关帖子

相关日志

关闭安全验证