Transcript 第3組穿隧效應

穿隧效應
第三組
組員：
109陳思翰
109林竑帆
109蔡子凡
穿隧效應的原理
穿隧效應的原理
在量子力學裏，量子穿隧效應為一種量子特
性，例如電子等微觀粒子能夠穿過它們本
來
無法通過的「障壁」的現象。
根據量子力學，微觀粒子具有波的性質，而
有不為零的機率穿過位能障壁。
而所謂的穿隧效應就是指粒子可穿過比本身
總能量高的能量障礙。
穿隧效應的原理
 以古典力學的角度來看
 向牆壁投擲小球時，小球不可能穿過牆
壁，因此反彈回來在日常生活中，所有
運動皆遵從基本的力學原理
穿隧效應的原理
 以量子力學來看
 我們通常認為電子是粒子。但是，當很多電子
撞擊一層很薄的障礙物時，量子力學預測電子
的表現像波動多於像粒子。結果，有一些電子
仍然被反彈回來，但另一些電子竟能穿越障礙
物。
穿隧效應的原理
 當原子中的電子，獲得足夠的能量，且鄰
近亦有其他原子(如其他量子點)可接納此電
子之處，該電子可跳躍而出進入鄰近的其
他原子
穿隧效應的原理
 簡單來說
 好比水波沖擊堤防，有一小部分的水可以
穿越堤防的裂縫一樣。
穿遂效應的歷史
歷史
 科學家最早注意到的隧道效應現象是放射
性α衰變，1928 年，喬治·伽莫夫正確地用
量子穿隧效應解釋了原子核的 α衰變。

美籍俄裔物理學家、
天文學家、科普作家
歷史（續）
 同時期，Ronald Gurney 和 Edward
Condon 也獨立地研究出α衰變的量子穿隧
效應。不久，兩組科學隊伍都開始研究粒
子穿透入原子核的可能性。
 愛德華勒康登（Edward Condon）（1992年3月2日－
1974年3月26日）是個美國傑出的核物理學家。在量子
力學的先驅，於二戰期間參予發展核武器和雷達。
歷史（續）
 江崎玲於奈1973年獲頒諾貝爾物理獎。
 穿隧效應是一種量子力學效應，說明電子
可穿越一個位能障礙，打破古典理論預測
它無法穿越的門檻，以量子物理的觀點來
看，是有可能的。
穿隧效應的應用
掃描穿隧顯微鏡 (STM)
掃描穿隧顯微鏡 (STM)
 掃描隧道顯微鏡是一種利用量子力學的隧
道效應的非光學顯微鏡
 它於1981年由格爾德·賓寧及海因里希·羅雷
爾發明
掃描穿隧顯微鏡 (STM)
 它是一種掃描探針顯微術工具，掃描隧道
顯微鏡可以讓科學家觀察和定位單個原子
 它具有比它的同類原子力顯微鏡更加高的
解析度
掃描穿隧顯微鏡 (STM)和原子力顯
微鏡（AFM）的差別
名稱
(STM)
（AFM）
歷史
1981年，IBM的G.Binning
和H.Rohrer
1985年G.Binning等人
操作原理
應用量子力學中的隧道效 依靠針點頂端與樣品原子
應
之間的微弱的互相作用力
解析度
橫向0.1nm~0.2nm，縱向
0.01nm,比原子力顯微鏡
的解析度高出一個級別
橫向1nm縱向0.1nm
準備工作
較繁瑣
較簡單
樣品
可以浸在水或其他液體中 樣品表面乾燥
操縱
可以用來移動和操縱單個 只能操縱單個分子
原子或分子，
工作方式
工作方式(續)
 掃描穿隧顯微鏡下的石墨
應用
觀察微小(奈米)物體的表面
形貌此外掃描隧道顯微鏡
在低溫（4k）
可以探針尖端精確操縱原子
應用(續)
 1990年IBM科學家在絕對溫度4度下，，將37個
氙原子製造出世界上最小字的「IBM」
結語
 是顯微鏡技術的一大進展，
也成為往後奈米技術中的
主要分析工具，專門用來
觀測金屬或半導體的表面。
END
謝謝聆聽