量子隧穿百年谜题终被解决——关键在于一次意外碰撞

尽管穿墙瞬移听起来像是电影情节，但这种现象在原子世界中真实存在。被称为"量子隧穿"的现象中，电子会穿越它们自身能量似乎无法逾越的能量壁垒（墙），宛如在墙壁中挖掘隧道。

该现象不仅是半导体（即智能手机和计算机的核心元件）的运行原理，也是太阳产生光与能量的核聚变过程的关键。然而迄今为止，关于电子穿越隧穿壁垒前后的过程已有部分认知，但电子穿越壁垒时的确切行为始终未明。我们知晓隧道的入口与出口，但其内部过程仍是未解之谜。

金东彦教授团队与德国海德堡马克斯·普朗克核物理研究所的C. H. 凯特尔教授团队合作，利用强激光脉冲诱导原子中的电子隧穿进行实验。结果揭示了惊人现象：电子并非简单穿越壁垒，而是在隧道内部与原子核再次碰撞。研究团队将此过程命名为"壁垒内再碰撞"(UBR)。此前学界认为电子只能在离开隧道后与原子核相互作用，但该研究首次证实这种相互作用可发生于隧道内部。

更引人注目的是，在此过程中电子于壁垒内获得能量并与原子核再度碰撞，从而强化了所谓的"弗里曼共振"。这种电离化程度显著高于以往已知的电离化过程，且几乎不受激光强度变化的影响。这是现有理论完全无法预测的全新发现。

本研究具有重大意义，系全球首次阐明电子在隧穿过程中的动力学行为。预计将为精确调控电子行为提供关键科学基础，并提升依赖隧穿效应的半导体、量子计算机及超快激光等尖端技术的效率。

金东彦教授表示："通过本研究，我们得以发现电子穿越原子壁垒时的行为线索"，并强调："现在我们终于能更深入地理解隧穿效应，并实现按需调控。"

本研究由韩国国家研究基金会及韩国技术人才振兴院能力培养项目提供支持。