物理学家首次观测到电子展现出奇异的量子行为：它们穿越原子势垒时不仅会溜过屏障，更会在隧穿中途折返并撞击原子核。这项由浦项科技大学和马普研究所领导的惊人发现，重新定义了我们对量子隧穿的理解——这个为太阳乃至智能手机提供能量的基础过程。
虽然穿墙瞬移的想法听起来像是电影情节，但此类现象确实存在于原子世界。这种被称为"量子隧穿"的现象，指的是电子穿过其自身能量似乎无法克服的能量壁垒（墙壁），仿佛在其中挖掘隧道一般。
这种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，也是太阳产生光和能量的核聚变过程的关键。然而迄今为止，人们对电子穿越隧道前后的状态虽有认知，但对电子穿越壁垒时的确切行为仍不明确。我们知道隧道的入口和出口，但其内部发生的过程始终是个谜团。
金东恩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，利用高强度激光脉冲诱导原子中的电子隧穿进行实验。结果揭示出惊人现象：电子并非简单地穿过壁垒，而是在隧道内部再次与原子核发生碰撞。研究团队将这个过程命名为"壁垒内再碰撞"(UBR)。此前学界认为电子只能在离开隧道后才可能与原子核相互作用，但这项研究首次证实此类相互作用可在隧道内部发生。
更引人注目的是，在此过程中电子会在壁垒内部获得能量，并再次与原子核碰撞，从而强化了所谓的"弗里曼共振"。这种电离现象显著强于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，系全球首次阐明隧穿过程中电子的动力学行为。有望为精确调控电子行为提供关键科学依据，从而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。
金东恩教授表示："通过这项研究，我们获得了电子穿越原子壁垒时行为特征的线索"，并补充道："如今我们终于能更深入地理解隧穿效应，并实现随心所欲的操控。"
本研究由韩国研究财团及韩国产业技术振兴院的能力强化项目提供支持。