困扰百年的量子隧穿效应谜题得以破解——破解的关键竟涉及一次意外碰撞

尽管穿越墙壁传送的概念听起来像是电影情节，但这种现象实际上存在于原子世界。这种被称为"量子隧穿"的现象，指的是电子穿透其自身能量似乎无法克服的能量势垒（墙壁），犹如在壁垒中挖掘隧道一般。

该现象是半导体（即智能手机和计算机的核心组件）运作的基本原理，同时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，虽然人们对电子穿越隧道前后的状态有所认知，但电子在穿越势垒时的精确行为始终未明。我们知晓隧道的入口与出口，其内部过程却一直是未解之谜。

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现象进行实验。结果揭示了一个惊人现象：电子并非简单穿越势垒，而是在隧道内部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，本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，在此过程中电子于势垒内部获得能量后再次撞击原子核，从而强化了所谓的"弗里曼共振"现象。该电离效应远超既往已知电离过程，且几乎不受激光强度变化影响。这是现有理论完全无法预测的全新发现。

本研究的重大意义在于首次在世界上阐明了电子在隧穿过程中的动力学行为。该成果有望为精确调控电子行为提供关键科学基础，从而提升依赖隧穿效应的半导体、量子计算机和超快激光器等尖端技术的效率。

金东彦教授表示："通过此项研究，我们得以揭示电子穿越原子壁垒时的行为机制"，并强调："如今我们终于能更深入地理解隧穿效应，并实现对其的自由调控。"

本研究获得韩国国家研究基金会和韩国技术振兴院能力发展项目的支持。