¿Qué es un cruce de túnel?

Una unión de túnel es un punto donde dos materiales magnéticos o conductores de electricidad diferentes se encuentran, generalmente separados por una barrera delgada, con el fin de pasar electrones de un material a otro. El aspecto definitorio de una unión de túnel es que, mecánicamente hablando, los electrones son demasiado débiles para penetrar la barrera de unión, pero lo hacen de todos modos a través de un principio llamado túnel cuántico. Las uniones de túnel son útiles en muchos dispositivos electrónicos de acción rápida, como los chips de memoria flash, que aumentan la eficiencia de las células fotovoltaicas y la construcción de diodos extremadamente rápidos capaces de reaccionar a frecuencias más altas de lo que de otro modo sería posible.

El principio del túnel cuántico, en el que se basa el funcionamiento de todas las uniones de túneles, se establece en las teorías de la mecánica cuántica. Estas teorías afirman que, aunque matemáticamente, un electrón carece de la energía mecánica activa para pasar a través de la energía almacenada de una barrera determinada, las posibilidades de que un electrón determinado rompa la barrera, aunque extremadamente pequeño, no son cero. Como el paso de un electrón a través de una barrera obviamente superior normalmente no es matemáticamente o mecánicamente posible, pero existe, no obstante, los científicos han supuesto que el electrón logra esto como resultado de una teoría de la mecánica cuántica llamada dualidad onda-partícula.

La teoría de la dualidad onda-partícula establece que todas las formas de materia, la electricidad en el caso de una unión de túnel, existen en dos estados separados simultáneamente. Primero, la materia existe como una partícula, como un electrón, que tiene una cierta cantidad de energía mecánica activa debido a su masa y velocidad. Segundo, la materia existe como una forma de onda, que opera y vibra a cierta frecuencia.

Como resultado de la dualidad onda-partícula, un electrón puede no tener la energía mecánica activa para pasar a través de una barrera; sin embargo, a una frecuencia suficientemente alta, puede tener suficiente energía de forma de onda para atravesar la barrera. A una frecuencia suficientemente alta, la energía de forma de onda de un electrón puede literalmente vibrar a través de la barrera de baja frecuencia en una acción denominada túnel cuántico. Como resultado de las frecuencias muy altas involucradas con el túnel cuántico, las acciones de los electrones involucrados ocurren extremadamente rápido, lo que permite que un dispositivo que utiliza una unión de túnel funcione extremadamente rápido. Esta velocidad se puede utilizar para acelerar el funcionamiento de los equipos eléctricos o para detectar, identificar y reaccionar ante formas de energía de movimiento muy rápido, como las ondas de luz.

En la práctica, las uniones de túnel se utilizan principalmente en electrónica. Proporcionan la velocidad para leer y escribir desde y hacia la memoria flash, permiten la fabricación de osciladores extremadamente rápidos que aumentan la velocidad operativa de las computadoras y permiten la construcción de instrumentos científicos que pueden detectar y operar en entornos de alta radiación.

La unión del túnel también se puede utilizar para interactuar con la energía de la luz y está involucrada en una serie de proyectos de investigación relacionados con la luz. En la investigación de energía limpia, se está incorporando a las células solares de alta eficiencia, donde sus altas frecuencias operativas le permiten capturar más energía que las células convencionales de la misma cantidad de luz. También se está utilizando junto con superconductores para producir detectores similares a los utilizados en las cámaras digitales, con la excepción de que pueden ver rayos ultravioleta, rayos X y muchos otros tipos de energías de forma de onda y radiaciones.