Vad är en tunnelkorsning?
En tunnelkorsning är en punkt där två olika elektriskt ledande eller magnetiska material möts, vanligtvis separerade med en tunn barriär, för att överföra elektroner från det ena materialet till det andra. Den definierande aspekten av en tunnelkorsning är att elektronerna mekaniskt sett är för svaga för att tränga in i korsningsbarriären men gör det ändå trots en princip som kallas kvanttunneling. Tunnelkorsningar är användbara i många snabbverkande elektroniska anordningar, såsom flashminnechips, ökar effektiviteten hos fotovoltaiska celler och konstruktionen av extremt snabba dioder som kan reagera vid högre frekvenser än vad som annars skulle vara möjligt.
Principen för kvanttunneling, som driften av alla tunnelkorsningar bygger på, grundas på kvantmekanikens teorier. Dessa teorier säger att även om en elektronisk matematisk saknar den aktiva mekaniska energin för att passera genom den lagrade energin i en given barriär, är chansen att en given elektron bryter mot barriären, även om de är extremt små, inte noll. Eftersom överföringen av en elektron, fastän en uppenbarligen överlägsen barriär normalt inte är matematiskt eller mekaniskt möjlig, men ändå existerar, har forskare antagit att elektronen åstadkommer detta som ett resultat av en kvantmekanikteori som kallas vågpartikelduality.
Vågpartikel-dualitetsteorin säger att alla former av materia, elektricitet i fallet med en tunnelkorsning, finns i två separata tillstånd samtidigt. För det första existerar materien som en partikel, till exempel 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 vid en viss frekvens.
Som ett resultat av vågpartikeldualitet kan en elektron inte ha den aktiva mekaniska energin för att passera genom en barriär; emellertid kan den med en tillräckligt hög frekvens ha tillräckligt med vågformenergi för att passera genom barriären. Vid en tillräckligt hög frekvens kan en elektrons vågformsenergi bokstavligen vibrera genom lågfrekvensbarriären i en åtgärd som kallas kvanttunneling. Som ett resultat av de mycket höga frekvenserna som är involverade i kvanttunneling sker handlingarna hos de involverade elektronerna extremt snabbt, vilket gör att en enhet som använder en tunnelkorsning kan arbeta 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 former av energi, t.ex. 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 arbeta 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 högeffektiva solceller, där dess höga driftsfrekvenser gör att den kan fånga mer energi än konventionella celler från samma ljusmängd. Det används också tillsammans med superledare för att producera detektorer som liknar dem som används i digitalkameror, med undantag för att de kan se ultraviolett, röntgenstrålar och många andra typer av vågformenergier och strålningar.