Questo processo può verificarsi quando al materiale viene applicato un campo elettrico sufficientemente forte, facendo sì che i portatori di carica liberi guadagnino energia sufficiente per scontrarsi e ionizzare altri atomi o molecole, generando così ulteriori portatori di carica. Questi portatori di carica appena generati possono poi ionizzare altri atomi o molecole, creando una reazione a catena che si traduce in una crescita esponenziale del numero di portatori di carica liberi e in una corrispondente diminuzione della resistenza del materiale.
All’aumentare dell’intensità del campo elettrico, aumenta anche la probabilità di una valanga quantistica, raggiungendo infine un punto critico in cui il materiale subisce un’improvvisa transizione da non conduttore a conduttore.
Questa transizione è accompagnata da un forte calo della resistenza del materiale e da un corrispondente aumento della sua conduttività. L’intensità del campo elettrico critico richiesta affinché si verifichi una valanga quantistica dipende dalle proprietà del materiale, come la banda proibita, la massa effettiva e la costante dielettrica.
La valanga quantistica svolge un ruolo cruciale in vari dispositivi e fenomeni elettronici, come i diodi Zener, i fotodiodi a valanga e le giunzioni tunnel metallo-isolante-metallo (MIM).
Nei diodi Zener, la valanga quantistica viene utilizzata per ottenere un riferimento di tensione stabile, mentre nei fotodiodi a valanga consente il rilevamento di luce a bassa intensità amplificando il segnale attraverso la moltiplicazione dei portatori di carica. Le giunzioni tunnel MIM, d'altro canto, si affidano alla valanga quantistica per raggiungere uno stato di elevata resistenza nei dispositivi di memoria non volatile.
