Professor Zhou Miao, da China, explica o papel central do tunelamento quântico em tecnologias industriais

De acordo com pt.wedoany.com-O Professor Zhou Miao, talento nacional, cientista-chefe do Plano Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Chave, e professor da Universidade de Aeronáutica e Astronáutica de Pequim, explicou de forma popular o papel central do efeito de tunelamento quântico nas tecnologias industriais modernas. O tunelamento quântico refere-se ao fenômeno quântico em que partículas microscópicas, mesmo com energia insuficiente para superar uma barreira de potencial, ainda têm probabilidade de atravessar diretamente o obstáculo. Esse efeito é uma base física importante para semicondutores, microscópios e dispositivos eletrônicos de precisão.

As características do tunelamento quântico incluem três aspectos. Primeiro, a capacidade de atravessar barreiras mesmo com energia insuficiente: quando a energia da partícula é menor que a altura da barreira, ainda existe probabilidade de penetração; quanto mais fina a barreira e menor a diferença de energia, maior a taxa de sucesso do tunelamento. Segundo, o tunelamento é um evento probabilístico aleatório, não podendo ser previsto com precisão, apenas a probabilidade geral de penetração pode ser calculada estatisticamente. Terceiro, o processo de tunelamento difere do movimento clássico: a partícula é observada no outro lado da barreira por meio da extensão da função de onda e da distribuição de probabilidade, sem uma trajetória contínua de deslocamento.

O diodo túnel utiliza o efeito de tunelamento de elétrons para alcançar características especiais de condução elétrica, sendo amplamente utilizado em rádios, circuitos reguladores de tensão e componentes de comutação de alta frequência, sendo um componente central da indústria eletrônica inicial. O microscópio de tunelamento por varredura monitora as variações de corrente com base no fenômeno de tunelamento de elétrons entre a ponta e a superfície da amostra, permitindo mapear imagens de superfície em escala atômica, impulsionando o desenvolvimento de nanomateriais e da física da matéria condensada. A gravação e apagamento de dados em memórias flash dependem do tunelamento de elétrons na estrutura de porta flutuante para realizar a migração de carga, tornando possível a fabricação de chips de armazenamento de alta capacidade.

No campo da pesquisa e desenvolvimento de chips, o transistor de elétron único baseado na tecnologia de tunelamento controlável pode, por meio da capacidade controlável de atravessar barreiras dos elétrons, impulsionar o desenvolvimento de componentes de chip para tamanhos menores, maior integração e menor consumo de energia. No campo da detecção de precisão, a corrente de tunelamento é extremamente sensível a mudanças no ambiente externo, podendo ser usada para fabricar dispositivos de monitoramento não invasivos de altíssima precisão, sensores micro flexíveis e dispositivos de navegação que dispensam a dependência de sinais GPS. No campo da computação quântica, o tunelamento quântico é um mecanismo físico importante em alguns hardwares, podendo, por meio do controle preciso do momento e do caminho do tunelamento, ajudar a construir estados quânticos controláveis e dispositivos quânticos, sustentando a melhoria da estabilidade, controlabilidade e integração dos sistemas de computação quântica.