Vad är en tunnelkorsning?

En tunnelkorsning är en punkt där två olika elektriskt ledande eller magnetiska material möts, vanligtvis separerade med en tunn barriär, i syfte att passera elektroner från ett material till det andra.Den definierande aspekten av en tunnelkorsning är att elektronerna mekaniskt sett är för svaga för att penetrera korsningsbarriären men gör det ändå om en princip som kallas kvanttunnel.Tunnelkorsningar är användbara i många snabbverkande elektroniska anordningar, såsom flashminneschips, ökar effektiviteten hos fotovoltaiska celler och konstruktionen av extremt snabba dioder som kan reagera vid högre frekvenser än vad som annars skulle vara möjligt.

KvantprincipenTunnling, på vilken driften av alla tunnelkorsningar är baserad på, är etablerad på teorier om kvantmekanik.Dessa teorier säger att även om matematiskt, en elektron saknar den aktiva mekaniska energin för att passera genom den lagrade energin i en given barriär, är chansen att en given elektron bryter ut barriären, även om de är extremt små, inte noll.Eftersom en elektronövergång även om en uppenbarligen överlägsen barriär normalt inte är matematiskt eller mekaniskt möjligt, men existerar ändå, har forskare antagit att elektronen åstadkommer detta till följd av en kvantmekaniksteori som kallas vågpartikeldualitet.

Wave- Wave-Partikeldualitetsteorin säger att alla former av materia, elektricitet i fallet med en tunnelkorsning, finns i två separata tillstånd samtidigt.För det första finns saken som en partikel, såsom en elektron, som har en viss mängd aktiv mekanisk energi på grund av dess massa och hastighet.För det andra finns saken som en vågform, som fungerar och vibrerar med en viss frekvens.

Som ett resultat av vågpartikeldualitet kanske en elektron inte har den aktiva mekaniska energin att passera genom en barriär;Men vid en tillräckligt hög frekvens kan det ha tillräckligt med vågformenergi för att passera genom barriären.Vid en tillräckligt hög frekvens kan vågformenergin hos en elektron bokstavligen vibrera genom lågfrekvensbarriären i en åtgärd som kallas kvanttunnel.Som ett resultat av de mycket höga frekvenserna som är involverade i kvanttunneling sker handlingarna för de involverade elektronerna extremt snabbt, vilket möjliggör en enhet som använder en tunnelkorsning för att fungera extremt snabbt.Denna hastighet kan sedan antingen användas för att påskynda driften av elektrisk utrustning eller för att upptäcka, identifiera och reagera på mycket snabbt rörande energiformer såsom ljusvågor.

I praktiken används tunnelkorsningar främst inom elektronik.De ger hastigheten för läsning och skrivning till och från flashminne, tillåter tillverkning av extremt snabba oscillatorer som ökar datorns driftshastighet och tillåter konstruktion av vetenskapliga instrument som kan upptäcka och fungera i miljöer med hög strålning.

Tunnelkorsningen kan också användas för att interagera med ljusenergi och är involverad i ett antal ljusrelaterade forskningsprojekt.I ren energiforskning införlivas den i högeffektivt solceller, där dess höga driftsfrekvenser gör det möjligt att fånga mer energi än konventionella celler från samma mängd ljus.Det används också i samband med superledare för att producera detektorer som liknar de som används i digitala kameror, med undantag för att de kan se ultraviolett, röntgenstrålar och många andra typer av vågformenergier och strålningar.