Co je to tunel?

Tunelové spojení je bod, kde se setkávají dva různé elektricky vodivé nebo magnetické materiály, obvykle oddělené tenkou bariérou, za účelem přenosu elektronů z jednoho materiálu na druhý. Definování aspekt křižovatce tunelu je to, že mechanicky řečeno, elektrony jsou příliš slabé, aby proniknout spojovací bariérou, ale to v každém případě i když princip tzv kvantové tunelování. Tunelové křižovatky jsou užitečné v mnoha rychle působících elektronických zařízení, jako jsou například flash paměťových čipů, čímž se zvyšuje účinnost fotovoltaických článků, a výstavba extrémně rychlých diod, které jsou schopny reagovat na vyšších frekvencích, než by jinak bylo možné.

Princip kvantového tunelování, na kterém je založena činnost všech tunelových křižovatek, je založen na teoriích kvantové mechaniky. Tyto teorie uvádí, že i když matematicky, elektron postrádá aktivní mechanickou energii projít akumulované energie daného bariéry, je šance na jakékoliv dané elektron porušení bariéry, i když velmi malé, není nulový. Vzhledem k tomu, že průchod elektronu je zjevně lepší bariérou obvykle matematicky nebo mechanicky nemožný, ale přesto existuje, vědci se domnívají, že elektron to dosahuje jako výsledek teorie kvantové mechaniky zvané dualita vlnových částic.

Teorie diverzity vlnových částic uvádí, že všechny formy hmoty, elektřina v případě křižovatky tunelů, existují ve dvou samostatných stavech současně. Za prvé, hmota existuje jako částice, jako je elektron, který má díky své hmotnosti a rychlosti určité množství aktivní mechanické energie. Za druhé, záležitost existuje jako průběh, který pracuje a vibruje při určité frekvenci.

V důsledku duality vlnových částic nemusí mít elektron aktivní mechanickou energii, aby prošel bariérou; avšak při dostatečně vysoké frekvenci může mít dostatek energie tvaru vlny, aby prošla bariérou. Při dostatečně vysoké frekvenci může energie tvaru vlny elektronu doslova vibrovat nízkofrekvenční bariérou v akci označované jako kvantové tunelování. V důsledku velmi vysokých frekvencí, které se zabývají kvantové tunelování akce elektronů zapojeny stane velmi rychle, což umožňuje zařízení, které používá křižovatku tunelů velmi rychle působit. Tuto rychlost lze potom použít k urychlení provozu elektrického zařízení nebo k detekci, identifikaci a reakci na velmi rychle se pohybující formy energie, jako jsou světelné vlny.

V praxi se křižovatky tunelů používají především v elektronice. Poskytují rychlosti pro čtení a zápis do a z flash paměti, umožňuje výrobu extrémně rychlých oscilátorů, které zvyšují provozní rychlosti počítačů a umožňují konstrukci vědeckých přístrojů, který dokáže detekovat a pracují v prostředí s vysokou záření.

Spojení tunelu lze také použít k interakci se světelnou energií a je zapojeno do řady výzkumných projektů souvisejících se světlem. Ve výzkumu čisté energie je začleněna do vysoce účinných solárních článků, kde její vysoké provozní frekvence umožňují zachytit více energie než konvenční články ze stejného množství světla. Používá se také ve spojení se supravodiči k výrobě detektorů podobných těm, které se používají v digitálních fotoaparátech, s tou výjimkou, že vidí ultrafialové záření, rentgenové záření a mnoho dalších typů vlnových vln a záření.