问答题 何谓库仑堵塞效应和量子隧道效应?
【正确答案】库仑堵塞效应是20世纪80年代介观领域所发现的重要的物理现象之一。当体系进入纳米级尺度(金属粒子为几纳米,半导体粒子为几十纳米),体系的电荷是“量子化”的,即充电和放电过程是不连续的。充入1个电子所需的能量Ec=e2/2C,e为元电荷,C为电容。体系越小,电容越小,Ec(这个能量称为库仑堵塞能,表示前一个电子对后一个电子的库仑排斥能)越大,从而导致在纳米体系的充放电过程中电子不能集体传输,而是一个一个单电子的传输。这种纳米体系中单电子输运行为称为库仑堵塞效应。如果两个量子点形成“结”,一个量子点的单个电子穿过能垒到另一个量子点上的行为称为量子隧穿,微观粒子所具有的贯穿势垒的能力称为量子隧道效应。
   库仑堵塞和量子隧道效应都是在极低温度情况下观察到的,如果量子点的尺寸在1nm左右,有可能在室温下观察到上述效应。利用库仑堵塞效应和量子隧道效应可以设计新一代纳米结构器件,如单电子晶体管和量子开关等。
【答案解析】