Tunneloituminen on ilmiö, jossa hiukkanen voi siirtyä läpi alueen, jolla liikkuminen ei klassisen mekaniikan mukaan olisi mahdollista. Tunneloitumisilmiö perustuu olettamukseen, että hiukkasella ei ole täsmällistä paikkaa, vaan sijainti esitetään todennäköisyysjakaumana. Jos klassisessa mielessä kielletyn alueen leveys on pieni, Schrödingerin yhtälön ratkaisuna tuleva todennäköisyysjakauma jatkuu kielletyn alueen toisella puolella. Oheisessa simulaatiossa elektroni törmää ohueen seinämään, josta sen ei klassisen fysiikan mukaan pitäisi päästä läpi. Elektronin sijainnin todennäköisyysjakauma on esitetty kirkkausvaihteluna: mitä kirkkaampi kohta, sitä todennäköisemmin siinä on elektroni. Himmeä pallo kulkee seinästä läpi ja kirkas heijastuu, ts. elektroni tunneloituu pienellä todennäköisyydellä seinän läpi.

Arkipäiväinen tunneloitumista hyödyntävä sovellus ovat flash-muistit (muistitikut, SSD-levyt, jne.). Niissä elektroneja voidaan varastoida eristekalvojen taakse kiihdyttämällä elektroneja jännitteen luomalla sähkökentällä kalvoa kohti. Riittävällä jännitteellä kiihdytetyt elektronit tunneloituvat eristekalvon taakse ja pysyvät siellä myös kytkettäessä kenttä pois päältä. Luettaessa muistia yksittäinen elektronisäiliö on nolla tai ykkönen sen mukaan, onko siellä elektroneja vai ei.

Tunneloitumista hyödynnetään myös alle nanometrien luokkaa olevien rakenteiden kuvantamisessa. Laite on tunnelointimikroskooppi. Siinä kuvattavan kappaleen pinnan ja tunnelointimikroskoopin kärjen välille muodostetaan pieni jännite, joka pyrkii siirtämään elektroneja mikroskoopista kappaleeseen tai päinvastoin. Jännite valitaan klassisen sähköopin mukaisella periaatteella: elektronien ei pitäisi päästä kärjen ja tutkittavan esineen välillä olevan raon yli. Tunneloituminen kuitenkin mahdollistaa elektronien siirtymisen. Siirtymä on sitä todennäköisempää, mitä lähempänä toisiaan kärki ja pinta ovat. Siten virran suuruudesta voidaan päätellä tutkittavan esineen muoto molekyylin ja jopa atomin tarkkuudella.

Video: Tunnelointimikroskoopin toimintaperiaate (La Physique Autrement)