声波隧穿效应

发布时间：2023-12-08 17:38:08 所属栏目：动态来源：DaWei

导读： 大家都知道，声波是一种机械波，它需要有一个物质介质来传播。如果没有介质，声波就无法存在，也无法传递能量。这就像我们在真空中无法听到声音一样。那么，如果两个物体之间有一个很小的真

大家都知道，声波是一种机械波，它需要有一个物质介质来传播。如果没有介质，声波就无法存在，也无法传递能量。这就像我们在真空中无法听到声音一样。那么，如果两个物体之间有一个很小的真空间隙，声波能否从一个物体传到另一个物体呢？这看起来似乎是不可能的，因为声波在真空中会衰减到零。但是，有一种特殊的物质，叫做压电材料，它可以使这种看似不可能的事情变成可能。

压电材料是一种能够将机械应力转化为电场，或者将电场转化为机械形变的材料。当一个声波在一个压电材料中传播时，它会产生一个与之相伴的电场。这个电场并不局限于材料内部，而是会延伸到材料表面外部，并且随着距离的增加而指数衰减。这就像我们在电磁学中学过的那样，当一个平面电磁波在一个导体表面上反射时，它会产生一个表面电流和一个表面电荷密度。这些表面电荷会产生一个向外延伸的衰减电场。

如果我们把两个压电材料放得很近，使得它们之间的真空间隙小于声波的波长，那么从一个材料发出的声波所产生的衰减电场就有可能足够强，以至于能够影响到另一个材料的表面电荷，并且激发出另一个声波。这就相当于声波通过了真空间隙，实现了一种隧穿效应。这种效应并不依赖于任何量子力学的原理，而是纯粹由经典的机械和电磁理论所描述。

首先，我们要注意到，并不是所有类型和方向的声波都能够在压电材料中产生显著的电场效应。只有那些与晶体对称性相适应，并且具有横向分量（即垂直于传播方向）的形变或应力的声波才能够有效地耦合到电场中。这些声波被称为压电活性声波。

其次，我们要注意到，并不是所有频率的声波都能够在两个压电材料之间实现完全隧穿。只有当两个材料的声波阻抗（即声波在材料中传播时所受到的阻力）相等或者相近时，才能够避免声波在界面上的反射，并且保证声波能量的最大传输。这就像我们在光学中学过的那样，当光从一个介质进入另一个介质时，当两种介质具有相等的或接近的折射率时，光线将不会被反射而会全部穿过它们。所以为了让声音能够完美穿透而不反弹回来，我们需要使用适当的声波振荡器和压力敏感材料。

如果满足了这些条件，当声波从一处传播至另一处时，由于没有出现反射或者削弱，所以能够穿过介质中的所有部分传递过去，这种现象被称为全域声波的隧道穿透效应。

（编辑：温州站长网）

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