Hva er et tunnelkryss?

Et tunnelkryss er et punkt der to forskjellige elektrisk ledende eller magnetiske materialer møtes, vanligvis adskilt av en tynn barriere, med det formål å føre elektroner fra det ene materialet til det andre. Det definerende aspektet ved et tunnelkryss er at elektronene mekanisk sett er for svake til å trenge gjennom kryssbarrieren, men gjør det uansett gjennom et prinsipp som kalles kvantetunneling. Tunnelkryss er nyttige i mange hurtigvirkende elektroniske enheter, for eksempel flash-minnebrikker, noe som øker effektiviteten til fotovoltaiske celler, og konstruksjonen av ekstremt raske dioder som kan reagere på høyere frekvenser enn ellers ville være mulig.

Prinsippet om kvantetunneling, som driften av alle tunnelforbindelser bygger på, er basert på kvantemekanikkens teorier. Disse teoriene oppgir at selv om et elektronisk matematisk mangler den aktive mekaniske energien for å passere gjennom den lagrede energien til en gitt barriere, er sjansene for at et gitt elektron som bryter sperren, selv om de er ekstremt små, ikke null. Ettersom en elektronisk overføring, selv om en åpenbart overlegen barriere normalt ikke er matematisk eller mekanisk mulig, men eksisterer likevel, har forskere antatt at elektronet oppnår dette som et resultat av en kvantemekanikkteori kalt bølgepartikkeldualitet.

Wave-partikkel dualitetsteori sier at alle former for materie, elektrisitet i tilfelle av et tunnelkryss, eksisterer i to separate tilstander samtidig. For det første eksisterer saken som en partikkel, for eksempel et elektron, som har en viss mengde aktiv mekanisk energi på grunn av dens masse og hastighet. For det andre eksisterer saken som en bølgeform, som opererer og vibrerer med en viss frekvens.

Som et resultat av bølgepartikkel-dualitet kan det hende at et elektron ikke har den aktive mekaniske energien til å passere gjennom en barriere; Imidlertid kan det med en høy nok frekvens ha nok bølgeformenergi til å passere gjennom barrieren. Ved en høy nok frekvens kan bølgeformenergien til et elektron bokstavelig talt vibrere gjennom lavfrekvensbarrieren i en handling referert til som kvantetunneling. Som et resultat av de svært høye frekvensene som er involvert i kvantetunneling, skjer handlingene til de involverte elektronene ekstremt raskt, noe som gjør at en enhet som bruker et tunnelkryss, kan fungere ekstremt raskt. Denne hastigheten kan da enten brukes til å akselerere driften av elektrisk utstyr eller for å oppdage, identifisere og reagere på veldig raskt bevegelige energiformer som lysbølger.

I praksis brukes tunnelkryss primært innen elektronikk. De gir hastigheten for lesing og skriving til og fra flash-minne, tillater produksjon av ekstremt raske oscillatorer som øker driftshastigheten til datamaskiner, og tillater konstruksjon av vitenskapelige instrumenter som kan oppdage og operere i miljøer med høy stråling.

Tunnelkrysset kan også brukes til å samhandle med lysenergi og er involvert i en rekke lysrelaterte forskningsprosjekter. I ren energiforskning blir det integrert i soleffektive solceller der de høye driftsfrekvensene lar den fange opp mer energi enn konvensjonelle celler fra samme lysmengde. Det blir også brukt sammen med superledere for å produsere detektorer som ligner de som brukes i digitale kameraer, med unntak av at de kan se ultrafiolette, røntgenstråler og mange andre typer bølgeformenergier og -strålinger.