Kas ir tuneļa krustojums?

Kvantu tunelēšanas princips, uz kura balstās visu tuneļu savienojumu darbība, ir nostiprināts uz kvantu mehānikas teorijām. Šīs teorijas apgalvo, ka, lai gan matemātiski elektronam trūkst aktīvās mehāniskās enerģijas, lai izietu cauri noteiktas barjeras uzkrātajai enerģijai, iespēja, ka kāds konkrētais elektrons pārkāps barjeru, kaut arī ir ārkārtīgi mazs, nav nulle. Tā kā elektrona izlaišana cauri acīmredzami augstākai barjerai parasti nav matemātiski vai mehāniski iespējama, taču tā tomēr pastāv, zinātnieki ir pieņēmuši, ka elektrons to panāk kvantu mehānikas teorijas, ko sauc par viļņu un daļiņu dualitāti, rezultāts.

Viļņu-daļiņu dualitātes teorija apgalvo, ka visas matērijas formas, tuneļa savienojuma gadījumā elektrība, vienlaikus pastāv divos atsevišķos stāvokļos. Pirmkārt, matērija eksistē kā daļiņa, piemēram, elektrons, kam masas un ātruma dēļ ir noteikts aktīvās mehāniskās enerģijas daudzums. Otrkārt, matērija pastāv kā viļņu forma, kas darbojas un vibrē noteiktā frekvencē.

Viļņu-daļiņu dualitātes rezultātā elektronam var nebūt aktīvās mehāniskās enerģijas, lai izietu cauri barjerai; tomēr pietiekami augstā frekvencē tam var būt pietiekami daudz viļņu formas enerģijas, lai izietu cauri barjerai. Pietiekami augstā frekvencē elektrona viļņu formas enerģija var burtiski vibrēt caur zemfrekvences barjeru darbībā, ko dēvē par kvantu tunelēšanu. Ar kvantu tunelēšanu saistīto ļoti augsto frekvenču rezultātā iesaistīto elektronu darbības notiek ārkārtīgi ātri, kas ļauj ierīcei, kas izmanto tuneļa savienojumu, darboties ārkārtīgi ātri. Pēc tam šo ātrumu var izmantot, lai paātrinātu elektrisko iekārtu darbību vai noteiktu, identificētu un reaģētu uz ļoti ātri mainīgiem enerģijas veidiem, piemēram, gaismas viļņiem.

Praksē tuneļu savienojumus galvenokārt izmanto elektronikā. Tie nodrošina ātrumu lasīšanai un rakstīšanai uz zibatmiņu un no tās, ļauj ražot ārkārtīgi ātrus oscilatorus, kas palielina datoru darbības ātrumu, un ļauj konstruēt zinātniskus instrumentus, kas spēj noteikt un darboties augsta starojuma vidē.

Tuneļa krustojumu var izmantot arī, lai mijiedarbotos ar gaismas enerģiju, un tas ir iesaistīts vairākos ar gaismu saistītos pētniecības projektos. Tīras enerģijas pētījumos tas tiek iekļauts augstas efektivitātes saules baterijās, kur tā augstās darbības frekvences ļauj uztvert vairāk enerģijas nekā parastās šūnas no tāda paša gaismas daudzuma. To izmanto arī kopā ar supravadītājiem, lai ražotu detektorus, kas ir līdzīgi digitālajās kamerās izmantotajiem detektoriem, izņemot to, ka tie var redzēt ultravioleto staru, rentgenstarus un daudzus citus viļņu formas enerģijas un starojuma veidus.