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隧道效应是量子力学中一个有趣的现象。隧穿时间指的是一个量子粒子隧穿过一个势垒所花的时间,自从MacColl指出这个有趣的问题后,人们用了很多方法来解决它并给出了很多定义,比如Wigner定义的相时间,Smith定义的逗留时间,Baz定义的拉莫尔时间。但是,大家的定义并不一致,有的人认为隧穿时间必须是实的,可是有的人得到的时间中含有虚部。另外,关于这个问题也做了很多实验,但不是所有的结果都是一致的。 Wigner给出的相时间基于因果性原理。因果性原理指的是在入射波到达散射中心之前,散射波不会离开散射中心。通过分析粒子的含时波函数,Wigner发现由于粒子与势垒的相互作用,粒子被推迟了一个时间。这个时间就是相时间,它的公式是普朗克常量与粒子的相移对粒子能量的导数的乘积。 Smith通过分析散射事件,得到了一个碰撞寿命时间。它被定义为势垒中的粒子数除以入射流密度。但是这个时间仅仅是粒子在势垒中的平均逗留时间,它并不能告诉我们粒子的反射时间和透射时间。 Baz利用拉莫尔进动的方法定义了一个时间,即拉莫尔时间。他把拉莫尔进动当做钟来测量隧穿所需的时间。一个自旋为;的,自旋极化方向垂直于x方向的量子粒子穿过一个含有弱均匀磁场的势垒,粒子的入射方向沿着y方向,磁场指向z方向。显然,当粒子隧穿过势垒后,自旋的极化方向就要发生改变。由于自旋进动角是进动频率与进动时间的乘积,那么只要我们测得自旋进动角,就能够得到进动时间。 Rybachenko应用这个思想,得到了势垒不透明时进动时间的表达式,他还发现反射粒子进动的时间和透射粒子进动的时间是相同的。而且,这个时间随着粒子入射能量的增加而变得越来越大。M.Büttiker重新考虑了这个思想并发现弱磁场的主效应是使粒子的自旋与该磁场平行。随后,他修正了这个思想,重新求解了这个问题并定义了三个拉莫尔时间。 在本论文里,我们对Rybachenko和Büttiker定义的时间进行了画图分析,并且给出了一些结论。另外,我们考虑到Büttiker在定义这三个时间时,磁场很弱同时又要用到自旋平均值,而我们知道自旋的三个分量是要满足量子力学中的不确定性关系的,所以我们用不确定性原理研究了这些自旋平均值。然后,我们发现一些令人惊讶的结果。当我们不对弱磁场做近似时,自旋的三个分量是满足不确定性关系的。但是,当我们对弱磁场做近似时,我们发现不确定性关系被破坏了。为了避免破坏不确定性原理,我们可能只能认为,与时间有联系的仅仅是自旋向上的粒子和自旋向下的粒子的相差。这样拉莫尔时间Τ就被定义为:相差除以拉莫尔进动频率。通过这个定义,我们发现,反射粒子的拉莫尔时间和透射粒子的拉莫尔时间是相同的,逗留时间和拉莫尔时间的一个重要关系也被证实。而且我们还发现,这个时间并不是粒子入射能的单调增函数,它的行为依赖于垒宽和垒高。然而,由于相差是包含在三角函数里的,所以Τ能不能精确的解决隧穿时间这个问题还存有疑问。 这篇论文由两部分组成:第一章,我们介绍相关的知识。第二章,我们讨论拉莫尔时间。