物理百科知识点-单电子隧道效应讲解

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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。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。

单电子隧道效应(singleelectrontunnelingeffect) 一个包含极少量电子，具有极小电容值的粒子称为库仑岛，其能量由电势能及电子间互作用库仑能组成，可表示为E=-QVg Q2/2C。当库仑岛上增加或减少一个电子时，其能量增加e2/C。单个电子进入或离开库仑岛需要e2/C的激活能。在极低温和小偏压下，导体内的电子不具备e2/C的能量，故电子不能穿越库仑岛，此现象称为库仑阻塞。通过给库仑岛加栅压可以改变其电势能及总能量，在某个特定的栅压下，库仑岛总电荷Q=Ne和Q=(n 1)e的最小能量是简并的，即态密度间隙消失。此时，即发生单个电子隧穿库仑岛的现象，称为单电子隧穿效应。

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