什么是量子隧穿效应？

简单地说，量子隧穿效应是指微观粒子可以穿过一堵比自己还高的墙。这是一种量子效应，用经典的观点可能很难理解。但结合量子力学中波动性的观点，用薛定谔方程可以很容易地解出来

对于经典物理里中的宏观粒子，如果运动时面对一个势垒，类似于高墙，当粒子的能量小于势垒高度V时，这个粒子是不可能穿过这个势垒的。然而对于微观粒子，都具有波粒二象性，拥有相应的量子效应，即使微观粒子的能量低于势垒高度，它仍有一定的概率可以突破势垒。这就是量子隧道效应。

这很容易从一维定态薛定谔方程解出，在势垒右边波函数不为零，也就是左边能量低于势垒的粒子有通过势垒高墙的可能性。具体公式我在人穿越一面墙的概率这样的问答中，和头条号相关文章中给出过，这里不再详谈。

量子穿透几率是最早是由物理学家伽莫夫首先导出的关系式。

伽莫夫也最早开创利用量子力学来研究原子核领域，并成功解释了经典物理无法回答的势垒穿透效应，也就是题目所谈的量子隧道效应。

当然，我们要谨记量子效应只是发生在微观世界的微观粒子身上，对于宏观物体量子效应早已忽略不计，又回复到经典物理统治的世界。所以一个人穿透一堵墙的几率是完全忽略不计的。

量子隧道效应的诺奖级应用 - STM。

量子隧道效应直接的应用是扫描隧道显微镜STM，在1986年获得了诺贝尔奖，这个在科研上主要应用于原子级别的样品进行成像和操纵，例如IBM公司利用扫描隧道显微镜直接搬运原子，在基底上书写了IBM的logo，我在以前问答和文章也讲过很多次STM和AFM的成像。

量子隧道效应还可以用来解释和研究很多电子的行为，

比如半导体工业中应用的很多结的问题需要考虑电子的隧道效应。对于两层金属之间的绝缘体薄层的设计时，就需要考虑到量子隧道效应，在厚度低于一定数值时，实验会发现电子可以穿过绝缘层，这就是一种量子隧穿效应。而我们现在的半导体制造技术，例如CPU要进入到了10nm一下的制程，但随着线路的密集，尺度的减少，量子隧道效应将会越来越明显，电子会不再沿着原有线路流动，这就将是现有微电子制造的瓶颈和末路。