簡單來說，微觀粒子可以突破勢壘，穿墻而過的神奇效應就是量子隧道效應。

對于經典物理里中的宏觀粒子，如果運動時面對一個勢壘，類似于一面高墻，當粒子的能量小于勢壘高度V時，這個粒子是不可能穿過這個勢壘的。然而對于微觀粒子，都具有波粒二象性，擁有相應的量子效應，即使微觀粒子的能量低于勢壘高度，它仍有一定的概率可以突破勢壘。這就是量子隧道效應。

量子隧穿效應很容易從一維定態薛定諤方程解出，在勢壘右邊波函數不為零，也就是左邊能量低于勢壘的粒子有通過勢壘高墻的可能性。具體公式我在人穿越一面墻的概率這樣的問答中，和頭條號相關文章中給出過，這里不再詳談。

量子穿透幾率是最早是由物理學家伽莫夫首先導出的關系式。伽莫夫也最早開創了利用量子力學來研究原子核領域，并成功解釋了經典物理無法回答的勢壘穿透效應，也就是題目所談的量子隧道效應。

當然，我們要謹記量子效應只是發生在微觀世界的微觀粒子身上，對于宏觀物體量子效應早已忽略不計，又回復到經典物理統治的世界。所以一個人穿透一堵墻，或者隔空取物的幾率是完全忽略不計的。

量子隧道效應的諾貝獎級應用 - STM。

量子隧道效應直接的應用是掃描隧道顯微鏡STM，在1986年獲得了諾貝爾物理學獎，這個在科研上主要應用于原子級別的樣品進行成像和操縱，例如IBM公司利用掃描隧道顯微鏡直接搬運原子，在基底上書寫了IBM的logo，我在以前問答和文章也講過很多次STM和AFM的成像。

量子隧道效應還可以用來解釋和研究很多電子的行為，

比如半導體工業中應用的很多結的問題需要考慮電子的隧道效應。對于兩層金屬之間的絕緣體薄層的設計時，就需要考慮到量子隧道效應，在厚度低于一定數值時，實驗會發現電子可以穿過絕緣層，這就是一種量子隧穿效應。而我們現在的半導體制造技術，例如CPU要進入到了10nm一下的制程，但隨著線路的密集，尺度的減少，量子隧道效應將會越來越明顯，電子會不再沿著原有線路流動，這就將是現有微電子制造的瓶頸和末路。

文章來源：量子實驗室

IEEE Spectrum

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