O joncțiune tunel este un punct în care două materiale conductoare electric sau magnetice diferite se întâlnesc, de obicei separate printr-o barieră subțire, în scopul de a trece electroni de la un material la altul. Aspectul definitoriu al unei joncțiuni tunel este că, mecanic vorbind, electronii sunt prea slabi pentru a pătrunde în bariera de joncțiune, dar o fac oricum printr-un principiu numit tunel cuantic. Joncțiunile tunelului sunt utile în multe dispozitive electronice cu acțiune rapidă, cum ar fi cipurile de memorie flash, creșterea eficienței celulelor fotovoltaice și construcția de diode extrem de rapide capabile să reacționeze la frecvențe mai mari decât ar fi posibil altfel.
Principiul tunelului cuantic, pe care se bazează funcționarea tuturor joncțiunilor tunelului, este stabilit pe teoriile mecanicii cuantice. Aceste teorii afirmă că, deși, din punct de vedere matematic, unui electron îi lipsește energia mecanică activă pentru a trece prin energia stocată a unei anumite bariere, șansele ca un anumit electron să depășească bariera, deși extrem de mici, nu sunt zero. Deoarece trecerea unui electron printr-o barieră evident superioară nu este în mod normal posibilă din punct de vedere matematic sau mecanic, dar există totuși, oamenii de știință au presupus că electronul realizează acest lucru ca rezultat al unei teorii a mecanicii cuantice numită dualitate val-particulă.
Teoria dualității undă-particulă afirmă că toate formele de materie, electricitate în cazul unei joncțiuni tunel, există în două stări separate simultan. În primul rând, materia există ca o particulă, cum ar fi un electron, care are o anumită cantitate de energie mecanică activă datorită masei și vitezei sale. În al doilea rând, materia există ca o formă de undă, care operează și vibrează la o anumită frecvență.
Ca rezultat al dualității undă-particulă, este posibil ca un electron să nu aibă energia mecanică activă pentru a trece printr-o barieră; cu toate acestea, la o frecvență suficient de mare, poate avea suficientă energie de formă de undă pentru a trece prin barieră. La o frecvență suficient de mare, energia formei de undă a unui electron poate să vibreze literalmente prin bariera de frecvență joasă într-o acțiune numită tunel cuantic. Ca urmare a frecvențelor foarte înalte implicate cu tunelul cuantic, acțiunile electronilor implicați se întâmplă extrem de rapid, ceea ce permite unui dispozitiv care utilizează o joncțiune de tunel să funcționeze extrem de rapid. Această viteză poate fi folosită fie pentru a accelera funcționarea echipamentelor electrice, fie pentru a detecta, identifica și reacționa la forme de energie care se mișcă foarte rapid, cum ar fi undele luminoase.
În practică, joncțiunile de tunel sunt utilizate în principal în electronică. Acestea oferă viteza de citire și scriere în și din memoria flash, permit fabricarea de oscilatoare extrem de rapide care măresc viteza operațională a computerelor și permit construirea de instrumente științifice care pot detecta și opera în medii cu radiații mari.
Joncțiunea tunelului poate fi folosită și pentru a interacționa cu energia luminii și este implicată într-o serie de proiecte de cercetare legate de lumină. În cercetarea energiei curate, este încorporat în celulele solare de înaltă eficiență, unde frecvențele sale operaționale înalte îi permit să capteze mai multă energie decât celulele convenționale din aceeași cantitate de lumină. De asemenea, este folosit împreună cu supraconductori pentru a produce detectoare similare celor utilizate în camerele digitale, cu excepția faptului că pot vedea ultraviolete, raze X și multe alte tipuri de energii și radiații de formă de undă.