科學網—發現有機鐵電量子隧穿效應

2020-11-26 科學網

 

本報訊（記者黃辛）中科院上海技物所褚君浩院士、孟祥建研究員課題組基於聚偏氟乙烯聚合物（PVDF）材料，構建了鐵電隧穿結固態器件，發現了鐵電極化操控的直接量子隧穿效應。相關研究成果日前發表於《自然—通訊》。

量子隧穿效應是一種量子特性，是電子等微觀粒子能夠穿過其本來無法通過的「牆壁」的現象。鐵電量子隧穿效應是將普通「牆壁」層（或者稱作「壘」層）換為鐵電材料，利用鐵電材料的極化翻轉特性改變「牆壁」的厚度和高度，進而實現對量子隧穿特性、狀態的操控。

研究人員利用朗繆爾-布拉基特（LB）薄膜轉移的方法，將精準控制分子層厚度（單層厚度約2納米，包含3~4個分子層）的PVDF二維薄膜轉移至襯底上，獲得了表面平整、分子鏈排列有序的樣品，且具有二維鐵電特性的PVDF超薄膜。該項研究首次利用厚度只有幾個納米的鐵電PVDF聚合物超薄膜作為隧道結的勢壘結構，並發現了鐵電極化對隧穿電流的調控比超過1000%，為探索隧穿電子與極化耦合特性以及發展基於鐵電隧道結的新型電子器件提供了基礎。

「鐵電隧道結器件將有望在未來高密度、低功耗、高度集成的邏輯和存儲器件中實現應用。」褚君浩告訴《中國科學報》記者，基於鐵電量子隧穿效應，亦可構建新型的高靈敏光電探測器件。PVDF鐵電隧道結器件除上述潛在應用外，還具有易與矽基電路集成、大面積製備、可捲曲特性等突出優勢，這將有利於其在柔性光/電子器件領域的應用。

《中國科學報》 (2016-05-23 第4版 綜合)

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  • 量子隧穿及它的作用
    如下圖：那麼通進量子隧穿效有那些應用例子是我們知道的？我們知道根據相對論，任何物質速度都不會超過光速。理論上如果超過光速，時間將會出現倒流。據報導，兩位科學家聲稱，利用量子隧穿效應，找到了讓光突破自己速度限制的方法。兩位科學家的實驗是讓微波光粒子通過兩個稜鏡並進行觀測得出。當兩個稜鏡分開時，大部分粒子都被第一個稜鏡反射然後被探測器發現。
  • 量子隧穿效應，真實存在的粒子穿牆術
    量子隧穿效應，在量子物理學的世界中，微觀粒子可以穿越障礙物，就算粒子的能量不足，這個機率也非常大，我們的科學家把這種粒子運動的現象叫做量子隧穿效應量子隧穿效應的具體由來！要知道宇宙中任何事物，宇宙真空以及人類都是由粒子組成的，隨著人類研究量子物理學的逐漸深入，我們發現了粒子的波粒二象性，通俗一點來說，粒子既有波的性質也有粒子的性質，這就給量子隧穿效應提供了理論基礎，如果我們在加入薛丁格方程以後，我們就對粒子有了一個形象的認識。
  • 真實存在的「穿牆術」——量子隧穿效應
    這就是我們今天要講的，在量子世界裡真實存在的「穿牆術」——量子隧穿效應（Quantum tunneling effect）。 看到這裡可能有人會問了，以上所述只是理論上的東西，那有沒有實例證明量子隧穿效應真實存在呢？
  • 沒有量子隧穿效應,就沒有五彩繽紛的生命
    一個微觀粒子，能夠穿透比它強得多的能量壁壘，就好像有人幫它挖了一個隧道似的，所以這種效應被科學家趣稱為隧道效應，或者稱為量子隧穿效應。如果沒有量子隧穿，就不會形成較重的元素來抵抗恆星內部極端強大的壓力和高溫，氫和氦兩種元素就會被「壓碎」成為純能量形式，恆星也會很快就坍縮消失。
  • 數學中的量子隧穿效應
    在量子力學中，電子等微觀粒子穿過「牆壁」的現象，就是量子隧穿效應
  • 量子隧穿效應,真實存在的粒子穿牆術,這是怎麼做到的?
    量子隧穿效應，在量子物理學的世界中，微觀粒子可以穿越障礙物，就算粒子的能量不足，這個機率也非常大，我們的科學家把這種粒子運動的現象叫做量子隧穿效應。量子隧穿效應的具體由來！要知道宇宙中任何事物，宇宙真空以及人類都是由粒子組成的，隨著人類研究量子物理學的逐漸深入，我們發現了粒子的波粒二象性，通俗一點來說，粒子既有波的性質也有粒子的性質，這就給量子隧穿效應提供了理論基礎，如果我們在加入薛丁格方程以後，我們就對粒子有了一個形象的認識。
  • 量子隧穿效應真的能打破光速嗎?
    那麼，粒子就會有一定的概率穿過勢壘，它們最終會在勢壘的另一邊被探測到，此即為量子隧穿效應。這就好像把小球扔向牆壁，小球徑直穿過，完全不受牆壁的阻礙。根據《自然》（Nature）雜誌最近刊載的一項研究[1]，物理學家首次成功地測出量子隧穿過程的耗時，並發現這是瞬間完成的。然而，這並不意味著量子隧穿的速度比光速還快。因為相對論表明，沒有什麼速度能打破光速。
  • 神秘的量子隧穿效應,居然讓粒子學會了穿牆術～
    不過，在微觀世界裡，粒子們卻真的會穿牆術，而這就是著名的量子隧穿效應。舉個例子，假如人在趕路，前面有一座大山擋住了去路，那麼人如果要前往大山的另外一邊，那麼你就只能翻過山去。但是對於粒子而言，它可以直接穿過去，即使能量不足，也可以穿山而過。這就是粒子穿牆術——量子隧穿效應。
  • 量子的隧穿效應 ——再往下差不多就屬於物理學家的地盤了
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  • 量子隧穿效應,告訴你真實答案
    什麼是量子隧穿效應而今天，我們要說的就是量子學之中的量子隧穿效應。而量子隧穿效應，其最根本的還是量子，而量子這一物質具有「不確定性」，這個不確定性則是方向的不確定性，除此之外量子還具有「波粒二象性」。而為了研究量子的性質 ，我們的科學家薛丁格則是研究出了薛丁格方程。並且還出現了新的名詞「勢壘」。
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    成果介紹2017年，加拿大阿爾伯塔大學（University of Alberta）加拿大首席傑出科學家（Canada Excellent Research Chair），國家「外專****」專家Thomas Thundat 教授課題組博士生Jun Liu（劉駿）在一次偶然的導電原子力顯微鏡（C-AFM）實驗中，發現在金屬-二維半導體材料摩擦體系中存在一種特殊的連續直流電生成現象
  • 量子隧穿效應被發現,人類可能實現穿牆術,物理學家感到頭疼
    事實上，量子隧穿現象對物理學家而言，並非新鮮事，早在20世紀20年代，就有一位物理學家在研究分子光譜時，發現了一個偶對稱的量子和一個奇對稱的量子之間的量子，一旦出現這種量子疊加，就會產生很強的非定常波包，這種現象在當時被稱為「雙阱位勢」。簡單地說，就是量子疊加後所產生的能量能跨越中間的障礙，也能反反覆覆地上演這種現象。
  • 量子隧穿效應被發現,人類可能實現穿牆術,物理學家感到頭疼!
    事實上，量子隧穿現象對物理學家而言，並非新鮮事，早在20世紀20年代，就有一位物理學家在研究分子光譜時，發現了一個偶對稱的量子和一個奇對稱的量子之間的量子，一旦出現這種量子疊加，就會產生很強的非定常波包，這種現象在當時被稱為「雙阱位勢」。簡單地說，就是量子疊加後所產生的能量能跨越中間的障礙，也能反反覆覆地上演這種現象。
  • 神秘的「量子隧穿效應」,為什麼說沒有了它,生命將是不可能的?
    概率雲和量子隧穿效應從圖中我們可以看出，電子出現在「雲」中心的概率要比出現在周圍的概率大。然而，儘管電子出現在「雲」邊緣的概率非常小，但並不能排除電子出現在邊緣的可能性。量子隧道效應是指粒子（如電子）瞬間穿過一個屏障的能力。
  • 新突破:藉助量子隧穿效應或能變地球廢熱為電能!
    網易科技訊2月13日消息，科學家們已經找到一種方式，藉助量子隧穿效應從地球剩餘的紅外線輻射和廢熱中收穫電能。
  • 實驗表明:量子隧穿效應真的能打破光速
    量子力學的奇特規則允許粒子偶爾穿過看似不可穿透的屏障，這稱為量子隧穿效應。在量子力學的基本方程發現後，物理學家就發現了允許這樣奇怪的現象存在。「量子隧穿」表明諸如電子之類的粒子與宏觀的物體完全不同。向牆扔一個球，球會向後反彈；要使球越過一屏障，需要球從此屏障頂上越過。但是，粒子有時會直接穿過屏障。
  • 疊加態、光速極限和量子隧穿效應都已經被證實,我們卻難以接受
    用科學理論推動人類文明的發展，這應該是科學家的使命，而發現並掌握各種超前的理論，則是科學家們的夢想了，因為只有佼佼者才能做到，是實力和天資的證明。在眾多超前的科學理論中，有3個已經被證明是正確的，但其中包含的意義卻讓我們難以接受。