O que é uma junção de túnel?
Uma junção de túnel é um ponto em que dois materiais eletricamente condutores ou magnéticos diferentes se encontram, geralmente separados por uma barreira fina, com a finalidade de passar elétrons de um material para o outro. O aspecto definidor de uma junção de túnel é que, falando mecanicamente, os elétrons são muito fracos para penetrar na barreira de junção, mas o fazem de qualquer maneira, apesar de um princípio chamado tunelamento quântico. As junções de túneis são úteis em muitos dispositivos eletrônicos de ação rápida, como chips de memória flash, aumentando a eficiência das células fotovoltaicas e a construção de diodos extremamente rápidos capazes de reagir em frequências mais altas do que seria possível.
O princípio do tunelamento quântico, no qual se baseia a operação de todas as junções de túneis, é estabelecido em teorias da mecânica quântica. Essas teorias afirmam que, embora matematicamente, um elétron carece da energia mecânica ativa para passar através da energia armazenada de uma determinada barreira, as chances de um elétron violar a barreira, embora extremamente pequenas, não são nulas. Como a passagem de um elétron por uma barreira obviamente superior não é normalmente matematicamente ou mecanicamente possível, mas existe, no entanto, os cientistas supuseram que o elétron realiza isso como resultado de uma teoria da mecânica quântica chamada dualidade onda-partícula.
A teoria da dualidade onda-partícula afirma que todas as formas de matéria, a eletricidade no caso de uma junção do túnel, existem em dois estados separados simultaneamente. Primeiro, a matéria existe como uma partícula, como um elétron, que possui uma certa quantidade de energia mecânica ativa devido à sua massa e velocidade. Segundo, o assunto existe como uma forma de onda, que opera e vibra a uma certa frequência.
Como resultado da dualidade onda-partícula, um elétron pode não ter energia mecânica ativa para passar através de uma barreira; no entanto, a uma frequência alta o suficiente, pode ter energia de forma de onda suficiente para passar através da barreira. Em uma frequência suficientemente alta, a energia da forma de onda de um elétron pode literalmente vibrar através da barreira de baixa frequência em uma ação conhecida como tunelamento quântico. Como resultado das frequências muito altas envolvidas com o tunelamento quântico, as ações dos elétrons envolvidos acontecem extremamente rapidamente, o que permite que um dispositivo que usa uma junção de túnel opere extremamente rapidamente. Essa velocidade pode ser usada para acelerar a operação de equipamentos elétricos ou para detectar, identificar e reagir a formas de energia que se movem muito rapidamente, como ondas de luz.
Na prática, as junções de túneis são usadas principalmente em eletrônicos. Eles fornecem a velocidade de leitura e gravação de e para a memória flash, permitem a fabricação de osciladores extremamente rápidos que aumentam a velocidade operacional dos computadores e permitem a construção de instrumentos científicos que podem detectar e operar em ambientes de alta radiação.
A junção do túnel também pode ser usada para interagir com a energia luminosa e está envolvida em vários projetos de pesquisa relacionados à luz. Na pesquisa de energia limpa, ela está sendo incorporada a células solares de alta eficiência, onde suas altas frequências operacionais permitem capturar mais energia do que as células convencionais da mesma quantidade de luz. Também está sendo usado em conjunto com supercondutores para produzir detectores semelhantes aos usados em câmeras digitais, com a exceção de que eles podem ver ultravioleta, raios-x e muitos outros tipos de energias e radiações de formas de onda.