Hvad er et tunnelkryds?

Et tunnelkryds er et punkt, hvor to forskellige elektrisk ledende eller magnetiske materialer mødes, normalt adskilt af en tynd barriere, med det formål at passere elektroner fra det ene materiale til det andet.Det definerende aspekt af et tunnelkryds er, at elektronerne mekanisk set er for svage til at trænge ind i forbindelsesbarrieren, men gør det alligevel, selvom et princip kaldet kvantetunneling.Tunnelkryds er nyttige i mange hurtigtvirkende elektroniske enheder, såsom flashhukommelseschips, øger effektiviteten af fotovoltaiske celler og konstruktionen af ekstremt hurtige dioder, der er i stand til at reagere ved højere frekvenser end ellers ville være muligt.

Princippet om kvanteTunneling, som driften af alle tunnelkryds er baseret på, er etableret på teorier om kvantemekanik.Disse teorier angiver, at selv om en elektron, en elektron, mangler den aktive mekaniske energi til at passere gennem den gemte barriere, er chancerne for, at enhver given elektron, der overtræder barrieren, skønt ekstremt små, ikke nul.Som vedtagelsen af et elektron, selvom en åbenlyst overlegen barriere normalt ikke er matematisk eller mekanisk mulig, men eksisterer ikke desto mindre, har forskere antagesPartikeldualitetsteori siger, at alle former for stof, elektricitet i tilfælde af et tunnelkryds, findes i to separate tilstande samtidigt.For det første eksisterer sagen som en partikel, såsom en elektron, der har en vis mængde aktiv mekanisk energi på grund af dens masse og hastighed.For det andet eksisterer sagen som en bølgeform, der fungerer og vibrerer ved en bestemt frekvens.

Som et resultat af bølgepartikel-dualitet har et elektron muligvis ikke den aktive mekaniske energi til at passere gennem en barriere;Imidlertid kan den have en høj nok frekvens, kan det have nok bølgeformenergi til at passere gennem barrieren.Ved en høj nok frekvens kan en elektron-bølgeformenergi bogstaveligt talt vibrere gennem den lavfrekvente barriere i en handling, der kaldes kvantetunneling.Som et resultat af de meget høje frekvenser, der er involveret i kvantetunneling, sker handlingerne fra de involverede elektroner ekstremt hurtigt, hvilket tillader en enhed, der bruger et tunnelkryds til at fungere ekstremt hurtigt.Denne hastighed kan derefter enten bruges til at fremskynde driften af elektrisk udstyr eller til at detektere, identificere og reagere på meget hurtigt bevægende energiformer, såsom lysbølger.

I praksis bruges tunnelkryds primært i elektronik.De giver hastigheden til læsning og skrivning til og fra flashhukommelse, tillader fremstilling af ekstremt hurtige oscillatorer, der øger computere i driftshastigheden, og tillader konstruktion af videnskabelige instrumenter, der kan registrere og fungere i høje strålingsmiljøer.

Tunnelkryds kan også bruges til at interagere med lysenergi og er involveret i en række lysrelaterede forskningsprojekter.I forskning i ren energi indarbejdes det i højeffektiv solceller, hvor dens høje operationelle frekvenser giver den mulighed for at fange mere energi end konventionelle celler fra den samme mængde lys.Det bruges også sammen med superledere til at producere detektorer, der ligner dem, der bruges i digitale kameraer, med undtagelse af, at de kan se ultraviolette, røntgenstråler og mange andre typer bølgeformenergier og stråling.