量子隧穿百年谜题终获破解——意外碰撞成关键

尽管穿墙瞬移的概念听起来像是电影情节，但这种现象确实存在于原子世界中。这种被称为"量子隧穿"的现象，指的是电子穿过其能量看似无法克服的能垒（墙壁），犹如在墙中挖掘隧道一般。

该现象不仅是智能手机和计算机核心部件——半导体的工作原理，也是太阳产生光与能量的核聚变过程的关键机制。然而迄今为止，虽然人们对电子穿过隧道前后的状态有所了解，但电子穿越势垒时的确切行为仍不清楚。我们知晓隧道的入口与出口，但内部发生的一切始终是个谜团。

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。结果揭示了一个惊人现象：电子并非简单地穿过势垒，而是在隧道内再次与原子核发生碰撞。研究团队将这一过程命名为"势垒内再碰撞"(UBR)。此前学界认为电子只能在穿出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，在此过程中电子会在势垒内获得能量并再次撞击原子核，从而增强所谓的"弗里曼共振"。这种电离效应显著超过以往已知的电离过程，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，是世界上首次阐明电子在隧穿期间的动力学行为。预计将为更精确控制电子行为、提高半导体/量子计算机/超快激光等依赖隧穿效应的先进技术效率提供重要科学依据。

金东彦教授表示："通过这项研究，我们找到了电子穿越原子势垒时的行为线索"，并补充道："现在终于能更深入理解隧穿效应，并实现按需调控。"

本研究得到了韩国国家研究基金会和韩国产业技术振兴院能力建设项目的支持。