#物質波是什麼 ❓
#溫故知新 📖
8月15日是法國物理學家 #德布羅意(Louis Victor de Broglie)的誕辰紀念,德布羅意獻給世人的最大貢獻就是提出「#物質波」的概念。
20世紀初量子力學蓬勃發展的時候,科學家好不容易證明了光具有「#波粒二象性」。當時,德布羅意基於自己對量子理論的研究,認為所有粒子都應該要符合「波粒二象性」。此理論被後續的科學家戴維森(Clinton Davisson)與革末(Lester Germer)證實,發現電子也和光一樣可以產生 #繞射圖案,也說明了粒子的波動性質。
物質波為什麼重要呢?其中一個原因是,微觀尺度下,像電子這樣的微小粒子,在遇到能量更高的障壁時,並不會被完全阻擋。只要障壁的能量不是無窮高,障壁的厚度也不是無窮厚。粒子就有機率可以穿透這道障蔽,這就是所謂的「#量子穿隧效應」(Quantum Tunneling Effect)。
量子穿隧效應可以被應用於精密觀察物體表面奈米結構的「#掃描穿隧顯微鏡」(scanning tunneling microscope, STM)。2016年中研院物理所莊天明團隊,就運用團隊自行研發與設計的 STM 系統,確認了層狀材料 PbTaSe2 具有形成拓樸超導的關鍵性質。
詳細內容請見全文:
https://research.sinica.edu.tw/chuang-tien-ming-stm/
掃描穿隧 顯微鏡 stm 在 每日一冷 Facebook 的最佳解答
你知道嗎?【穿隧效應】
#本日冷知識892
你知道嗎?對著妹妹壁咚卻不小心穿牆過去,這可不是漫畫裡的劇情,也不是哈利波特中,只有魔法師們才能穿越9又3/4月台,麻瓜只能撞牆的橋段。
穿牆過去這件事,在科學理論上是實際可行的,只是機率小小小小到不行,小到在人類歷史上還沒有人成功過,小到你我每天在地球上跳啊跳,都沒有人會突然發現自己的腳陷入地板幾公分而上八卦版爆卦。
而今天我們就要來聊聊這科學理論告訴我們可以穿牆的「穿隧效應」。
舉例來說,當你向牆壁投擲小球時,小球不可能穿過牆壁,因此反彈回來。在日常生活中,所有運動皆遵從一些力學原理。這些原理在數百年前已被牛頓等物理學家發現,統稱為古典力學。
然而在 20 世紀初,物理學家發現古典力學並不適用於原子世界。當物體非常細小的時候,它的運動遵從另一套稱為量子力學的物理學原理。量子世界的事情和我們日常生活的完全不同。在量子世界中,物質可以呈現粒子的特性和波的特性,這稱為波粒二象性。
例如,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。導致的結果是,有一些電子如常地被反彈回來,但另一些電子竟能神奇地穿越障礙物。
理論上,巨觀物體也能發生穿隧效應,也就是說人是有可能穿過牆壁的,但要求組成這個人的所有微觀粒子都同時穿過牆壁,是幾乎不可能的,以至於人類歷史以來還沒有成功的紀錄。
你以為上述的這些都還只是理論還沒被證實嗎?不不不!其實現今科技已經有其應用囉!
不論是一般的光學還是電子顯微鏡,皆只能看到樣本的表面,而且後受到其放大倍數所限制。
但是利用穿隧效應的掃描穿隧電子顯微鏡(STM),可以透過連續發射電子觀測,觀察到物體表面的奈米結構,這是顯微鏡技術的一大進展,也成為現今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。
如果各位讀者對於STM的原理更有興趣,可以進入這個網址裡看看穿隧電子顯微鏡的工作原理動畫喔!http://www.hk-phy.org/atomic_world/stm/stm04_c.html
更多穿隧效應的解說:http://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=59513
今天的圖片為法國作家馬歇爾·埃梅<穿牆人>小說作品中的主角雕像,雕像位於馬歇爾在蒙馬特的故居旁。是一部非常經典的小說,推薦給各位讀者喔!
圖片來源:維基百科-Le Passe-Muraille
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