トンネルジャンクションとは

トンネル接合は、2つの異なる導電性または磁性材料が出会うポイントであり、通常は1つの材料から他の材料に電子を渡すために薄いバリアで分離されています。 トンネル接合の明確な側面は、機械的に言えば、電子が弱すぎて接合障壁を通過できないが、量子トンネル効果と呼ばれる原理でとにかくそうすることです。 トンネル接合は、フラッシュメモリチップなどの多くの高速動作電子デバイスで有用であり、太陽電池の効率を高め、他の方法では不可能な場合よりも高い周波数で反応できる非常に高速なダイオードの構築に役立ちます。

すべてのトンネル接合の動作の基礎となる量子トンネリングの原理は、量子力学の理論に基づいています。 これらの理論は、数学的には、電子は特定の障壁の蓄積エネルギーを通過するためのアクティブな機械的エネルギーを欠いているが、特定の電子が障壁を突破する可能性は非常に小さいがゼロではないと述べている。 明らかに優れた障壁を電子が通過することは通常数学的にも機械的にも可能ではありませんが、それでも存在するため、科学者は電子が波動粒子双対性と呼ばれる量子力学理論の結果としてこれを達成すると推測しています。

波動粒子双対性理論は、物質のすべての形態、トンネル接合の場合の電気は、2つの別々の状態で同時に存在すると述べています。 まず、物質は電子などの粒子として存在し、その質量と速度により、一定量のアクティブな機械的エネルギーを持っています。 第二に、問題は波形として存在し、特定の周波数で動作および振動します。

波動粒子の二重性の結果として、電子は障壁を通過するためのアクティブな機械的エネルギーを持たない場合があります。 ただし、十分に高い周波数では、障壁を通過するのに十分な波形エネルギーがある場合があります。 十分に高い周波数では、電子の波形エネルギーは、量子トンネリングと呼ばれる動作で、低周波障壁を文字通り振動します。 量子トンネリングに関連する非常に高い周波数の結果として、関連する電子の動作が非常に迅速に発生し、トンネル接合を使用するデバイスが非常に迅速に動作できるようになります。 この速度を使用して、電気機器の動作を加速したり、光波などの非常に高速で移動するエネルギーを検出、識別、および反応したりできます。

実際には、トンネル接合は主に電子機器で使用されます。 フラッシュメモリの読み書き速度を提供し、コンピューターの動作速度を向上させる超高速発振器の製造を可能にし、高放射線環境で検出および動作できる科学機器の構築を可能にします。

トンネル接合は、光エネルギーとの相互作用にも使用でき、多くの光関連の研究プロジェクトに関与しています。 クリーンエネルギーの研究では、高効率の太陽電池に組み込まれています。その高い動作周波数により、同じ量の光から従来の電池よりも多くのエネルギーを取り込むことができます。 また、超伝導体と組み合わせて使用​​され、紫外線、X線、その他の多くの種類の波形エネルギーと放射線を見ることができることを除いて、デジタルカメラで使用される検出器と同様の検出器を生成します。