隧道效应检测的条件

问题描述

精选答案

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1nm（10-6mm），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E＜V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。产生隧道效应的原因是电子的波动性。按照量子力学原理，在低速情况下，具有能量（动能）E的电子的波长hλ=-----------------√2mE（其中，h——普朗克常数；m——电子质量；E——电子的动能），在势垒V前：若E＞V，它进入势垒V区时，将波长改变为hλ’=----------------------√2m（E-V）若E＜V时，虽不能形成有一定波长的波动，但电子仍能进入V区的一定深度。当该势垒区很窄时，即使是动能E小于势垒V，也会有一部分电子穿透V区而自身动能E不变。换言之，在E＜V时，电子入射势垒就一定有反射电子波存在，但也有透射波存在。