[科普中国]-隧穿电子

隧穿电子是指发生隧穿的电子。隧穿效应是一种量子特性，是电子等微观粒子能够穿过它们本来无法通过的“墙壁”的现象。

隧穿效应量子隧穿效应是一种量子特性，是电子等微观粒子能够穿过它们本来无法通过的“墙壁”的现象。又称隧穿效应，势垒贯穿。

在两块金属（或半导体、超导体）之间夹一层厚度约为0.1nm的极薄绝缘层，构成一个称为“结”的元件。设电子开始处在左边的金属中，可认为电子是自由的，在金属中的势能为零。由于电子不易通过绝缘层，因此绝缘层就像一个壁垒，我们将它称为势垒。

用量子力学的观点来看，电子具有波动性，其运动用波函数描述，而波函数遵循薛定谔方程，从薛定谔方程的解就可以知道电子在各个区域出现的概率密度，从而能进一步得出电子穿过势垒的概率。该概率随着势垒宽度的增加而指数衰减。因此，在宏观实验中，不容易观察到该现象。

隧穿电子定义隧穿电子是指发生隧穿的电子。

有效质量的测量对于半导体器件，载流子（电子或空穴）的有效质量都是一个重要的特征物理量.它不同于自由电子的质量.电子的有效质量在MOS结构的隧穿电流的理论表达式中有着重要的作用。电子的有效质量在二维电子气中也是一个重要的特征参量，’已是一个既和电子的能带又和多体效应相关的物理量，因此精确测量电子的有效质量是理论和实验均所需的.确定有效质量的实验方法主要有：回旋共振，Shubnikov-de Hass振荡和磁光效应以及电流一电压特性法。然而，精确测量电子的有效质量有很大的困难，因为测量电子有效质量最精确的实验方法回旋共振法，对实验条件和实验样品均有严格的要求，使该方法的应用存在严重的局限性。这样利用FV隧穿振荡电流来测量电子的有效质量是一种测量方法的有意义尝试。

毛凌锋等1给出了一种利用FN振荡电流的极值，测量电子在薄栅MOS结构的栅氧化层中的平均有效质量方法。利用波的干涉方法来处理电子隧穿势垒的过程，方便地获得了出现极值时外加电压和电子的有效质量之间的分析表达式。用干涉方法计算所得到的隧穿电子在不同的MOS结构的二氧化硅介质层中的有效质量表明：它一般在自由电子质量的0.52-0.84倍的范围。实验结果表明：电子有效质量的值不随外加电压的变化而变化，并且对于相同的MOS结构.电子可能具有相同的有效质量。1

应用单光子光源一直是量子信息技术相关领域研究的核心问题之一。现有的研究已经在多种单量子体系（量子点、原子、离子、分子、色心等等）实现了单光子发射。在这些体系中，分子单光子源具有出丰富的频率选择和稳定、全同的光谱特征，表现出成为实用化单光子源的潜质。在已经实现的单光子发射体系中，受到光的衍射极限和电激励器件尺寸的限制，往往需要借助分散手段构建低密度光源避免同时激发多个发光体而产生多光子事件。另一方面，电泵纳米光源和单光子源对于纳米光电集成十分重要，但嵌在两个金属纳米电极之间的单个孤立的分子是否能发光、其发光特性是否为单光子发射却一直没有被证实，更不用说在纳米尺度上表征和调控单光子光源。张力等2利用扫描隧道显微镜的高度局域的隧穿电子激发及其亚纳米分辨能力，可以选择性地激发样品表面孤立的单个分子，并借助隧道结内纳米尺度的等离激元局域场增强效应，实现了单分子电致荧光。进一步对单分子电致荧光的出射光子强度的二阶相关性进行检测,证实了单分子电致发光过程表现出光子反聚束效应，是一种单光子发射现象。2

本词条内容贡献者为:

陈红 - 副教授 - 西南大学