Kaj je tunelski priključek?

Predorno stičišče je točka, kjer se srečata dva različna električno prevodna ali magnetna materiala, običajno ločena s tanko pregrado, z namenom prehajanja elektronov iz enega materiala v drugega. Določujoči vidik tunelskega stičišča je, da so, mehansko gledano, elektroni prešibki, da bi prodrli skozi pregrado stika, vendar to vseeno storijo po principu, imenovanem kvantno tuneliranje. Tunelski spoji so uporabni v številnih hitro delujočih elektronskih napravah, kot so čipi bliskovnega pomnilnika, ki povečujejo učinkovitost fotonapetostnih celic in pri izdelavi izjemno hitrih diod, ki lahko reagirajo na višjih frekvencah, kot bi bile sicer možne.

Načelo kvantnega tuneliranja, na katerem temelji delovanje vseh tunelskih stičišč, temelji na teorijah kvantne mehanike. Te teorije navajajo, da čeprav, matematično, elektron nima aktivne mehanske energije, da bi prešel skozi shranjeno energijo dane pregrade, možnosti, da kateri koli dani elektron prebije oviro, čeprav izjemno majhne, ​​niso nič. Ker prehod elektrona, čeprav očitno boljša ovira, običajno matematično ali mehansko ni mogoč, vendar kljub temu obstaja, so znanstveniki domnevali, da elektron to doseže kot rezultat teorije kvantne mehanike, imenovane dualnost valovnih delcev.

Teorija dualnosti valov in delcev navaja, da vse oblike snovi, elektrika v primeru prehoda tunela, obstajajo v dveh ločenih stanjih hkrati. Prvič, snov obstaja kot delec, kot je elektron, ki ima zaradi svoje mase in hitrosti določeno količino aktivne mehanske energije. Drugič, snov obstaja kot valovna oblika, ki deluje in vibrira na določeni frekvenci.

Zaradi dualnosti valov-delec elektron morda nima aktivne mehanske energije za prehod skozi pregrado; vendar ima lahko pri dovolj visoki frekvenci dovolj energije valovne oblike, da preide skozi pregrado. Pri dovolj visoki frekvenci lahko energija valovne oblike elektrona dobesedno vibrira skozi nizkofrekvenčno pregrado v akciji, ki se imenuje kvantno tuneliranje. Zaradi zelo visokih frekvenc, povezanih s kvantnim tuneliranjem, se dejanja vpletenih elektronov zgodijo izjemno hitro, kar omogoča napravi, ki uporablja tunelsko stičišče, da deluje izjemno hitro. Ta hitrost se lahko nato uporabi za pospešitev delovanja električne opreme ali za odkrivanje, prepoznavanje in odzivanje na zelo hitro premikajoče se oblike energije, kot so svetlobni valovi.

V praksi se predorska križišča uporabljajo predvsem v elektroniki. Zagotavljajo hitrost branja in pisanja v in iz flash pomnilnika, omogočajo izdelavo izjemno hitrih oscilatorjev, ki povečajo hitrost delovanja računalnikov, in omogočajo izdelavo znanstvenih instrumentov, ki lahko zaznajo in delujejo v okoljih z visokim sevanjem.

Predorno stičišče se lahko uporablja tudi za interakcijo s svetlobno energijo in je vključeno v številne raziskovalne projekte, povezane s svetlobo. Pri raziskavah čiste energije se vgrajuje v visoko učinkovite sončne celice, kjer mu visoke delovne frekvence omogočajo, da iz enake količine svetlobe zajame več energije kot običajne celice. Uporablja se tudi v povezavi s superprevodniki za izdelavo detektorjev, podobnih tistim, ki se uporabljajo v digitalnih fotoaparatih, z izjemo, da lahko vidijo ultravijolično, rentgenske žarke in številne druge vrste energije in sevanja valovnih oblik.