负微分电阻效应

负微分电阻效应(Negative differential resistance,简称NDR)是指材料在特定电压下电流随电压的增加而减小的现象。这种现象在微波器件、半导体器件和超导体等领域中得到了广泛应用。

介绍

负微分电阻效应是指当电子受到外电场作用时,其能量会上升,并促使它们从低能态跃迁到高能态;在一些晶体材料中,当电压值达到一个临界值时,这些“激发电子”会集体地同步振荡,此时电阻突然下降,出现“负微分电阻效应”。在这个过程中,能量被转移并以较大的速率向环境散失。

原理

负微分电阻效应是由材料中电子间相互作用而产生的。当电子在受到电场激励后,通过量子隧穿的方式,跨越了势垒,进入了更高的能带。不同于普通电子,这些进入高能态的电子具有更强的相互作用,并以外场驱动和相互作用的方式来产生耗散和吸收。当电压继续上升时,会触发电子之间的相互作用和集体振荡,导致能量转移并向环境散失。

意义

负微分电阻效应在物理学、电子学和材料科学等领域中都有广泛应用。在微波器件中,负微分电阻效应可用于制造高速稳定的振荡器;在半导体器件中,它被用于制造高速开关和计数器;在超导体中,它则可用于制造更高性能的超导体元件。

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