量子隧道效應

宏觀量子隧道效應是基本的量子現象之一，即當微觀粒子的總能量小於勢壘高度時，該粒子仍能穿越這一勢壘。近年來，人們發現一些宏觀量，例如微顆粒的磁化強度，量子相干器件中的磁通量等亦有隧道效應，稱為宏觀的量子隧道效應。早期曾用來解釋納米鎳粒子在低溫繼續保持超順磁性。近年來人們發現Fe－Ni薄膜中疇壁運動速度在低於某一臨界溫度時基本上與溫度無關。於是，有人提出量子理想的零點震動可以在低溫起著類似熱起伏的效應。從而使零溫度附近微顆粒磁化矢量的重取向，保持有限的馳豫時間，即在絕對零度仍然存在非零的磁化反轉率。宏觀量子隧道效應的研究對基礎研究及實用都有著重要的意義，它限定了磁帶、磁碟進行信息貯存的時間極限。量子尺寸效應，隧道效應將會是未來電子器件的基礎，或者它確立了現存微電子器件進一步微型化的極限。當電子器件進一步細微化時，必須要考慮上述的量子效應。

上述的量子尺寸效應、表面效應、小尺寸效應及量子隧道效應都是納米微粒與納米固體的基本特性。除此之外，納米材料還有在此基礎上的介電限域效應、表面缺陷、量子隧穿等。這些特性使納米微粒和納米固體表現出許多奇異的物理、化學性質，出現一些“反常現象”。例如金屬為導體，在低溫時納米金屬微粒由於量子尺寸效應會呈現電絕緣性；一般PbTiO3，BaTiO3和SrTiO3等是典型鐵電體，但當其尺寸進入納米數量級就會變成順電體；鐵磁性的物質進入納米尺度（～5nm）時，由多疇變成單疇，於是顯示極強順磁效應；當粒徑為十幾納米的氮化硅微粒組成了納米陶瓷時，已不具有典型共價鍵特徵，界面鍵結構出現部分極性，在交流電下電阻很小；化學惰性極高的金屬鉑製成納米粒子（鉑黑）后，卻成為活性極好的催化劑；金屬由於光反射現象呈現出各種美麗的顏色，而金屬的納米粒子光反射能力顯著降低，通常可低於1％，由於小尺寸和表面效應使納米粒子對光吸收表現極強能力；由納米粒子組成的納米固體在較寬譜範圍顯示出對光的均勻吸收性，納米複合多層膜在7～17GHz頻率的吸收峰高達14dB，在10dB水平的吸收頻寬為2GHz；顆粒為6nm的納米Fe晶體的斷裂強度較之多晶Fe提高12倍；納米Cu晶體自擴散是傳統晶體的1016至1019倍，是晶界擴散的103倍；納米金屬Cu的比熱是傳統純Cu的兩倍；納米固體Pd熱膨脹提高一倍；納米Ag晶體作為稀釋致冷機的熱交換器效率較傳統材料高30％；納米磁性金屬的磁化率是普通金屬的20倍，而飽和磁矩是普通金屬的1/2。