Zastosowania skaningowego tunelowego mikroskopu elektronowego
Zasada mikroskopii tunelowej polega na mądrym wykorzystaniu efektu tunelowania i prądu tunelowego w fizyce. W ciele metalowym znajduje się duża liczba „wolnych” elektronów, te „wolne” elektrony w metalowym ciele mają rozkład energii skupiony w pobliżu poziomu energetycznego Fermiego, natomiast w granicy metalu występuje energia wyższa niż poziom energii Fermiego bariery potencjalnej. Dlatego z punktu widzenia fizyki klasycznej „wolne” elektrony w metalu z metalu na zewnątrz może uciec jedynie energia wyższa niż graniczna bariera potencjału tych elektronów. Jednakże, zgodnie z mechaniką kwantową, wolne elektrony w metalu również charakteryzują się lotnością i kiedy ta fala elektronów rozchodzi się w kierunku granicy metalu i napotyka barierę potencjału powierzchniowego, następuje pewna transmisja. Oznacza to, że część energii poniżej powierzchniowej bariery potencjału elektronu może przeniknąć przez metalową barierę powierzchniową, tworząc „chmurę elektronów” na powierzchni metalu. Efekt ten nazywany jest efektem tunelowym. Dlatego też, gdy dwa metale znajdują się bardzo blisko siebie (poniżej kilku nanometrów), chmury elektronów obu metali będą się przenikać. Po dodaniu odpowiedniego napięcia, nawet jeśli oba metale tak naprawdę nie stykają się, z jednego metalu na drugi będzie płynął prąd, zwany prądem tunelowym.
Prąd tunelu i rezystancja tunelu ze szczeliną tunelu są bardzo wrażliwe na zmiany w szczelinie tunelu, nawet jeśli zmiana wynosi tylko 0.01nm, może również powodować znaczne zmiany prądu tunelu.
Jeśli bardzo ostra sonda (np. igła wolframowa) znajdzie się w odległości kilku dziesiątych nanometra od gładkiej powierzchni próbki równolegle do powierzchni w kierunku x, y, ponieważ każdy atom ma określoną wielkość, a co za tym idzie, w procesie skanowania szczelina tunelowa będzie z x, y różnych i różnych, prąd tunelowania przepływający przez sondę jest również inny. Nawet zmiana wysokości o kilka procent nanometra może zostać odzwierciedlona w prądzie tunelowym. Przy zastosowaniu sondy skanującej z rejestratorem zsynchronizowanym rejestrowane będą zmiany prądu tunelowego, można uzyskać obrazy ze skaningowego mikroskopu elektronowego o rozdzielczości kilku nanometrów.
