Aplicații de microscopie electronică de scanare tunel
Principiul microscopului de tunel este utilizarea inteligentă a efectului fizic de tunel și a curentului de tunel. Există un număr mare de electroni „liberi” în corpul metalic, iar distribuția de energie a acestor electroni „liberi” în corpul metalic este concentrată în apropierea nivelului Fermi și există o barieră potențială cu energie mai mare decât nivelul Fermi pe limita de metal. Prin urmare, din perspectiva fizicii clasice, electronii „liberi” dintr-un metal, doar acei electroni a căror energie este mai mare decât bariera de limită, pot scăpa din interiorul metalului în exterior. Cu toate acestea, conform principiilor mecanicii cuantice, electronii liberi din metale au și proprietăți de undă, iar atunci când această undă de electroni se propagă la limita metalului și întâlnește o barieră de suprafață, o parte din ea va fi transmisă. Adică, unii electroni cu energie mai mică decât bariera de potențial de suprafață pot pătrunde în bariera de potențial de suprafață metalică și pot forma un „nor de electroni” pe suprafața metalului. Acest efect se numește tunel. Deci, atunci când două metale sunt în imediata apropiere (mai puțin de câțiva nanometri), norii de electroni ai celor două metale vor pătrunde unul în celălalt. Când se aplică o tensiune adecvată, chiar dacă cele două metale nu sunt cu adevărat în contact, un curent va curge de la un metal la altul. Acest curent se numește curent de tunel.
Curentul tunelului și rezistența tunelului sunt foarte sensibile la modificările decalajului tunelului. Chiar și o modificare de 0,01 nm a spațiului tunelului poate provoca modificări semnificative ale curentului tunelului.
Dacă o sondă foarte ascuțită (cum ar fi un ac de wolfram) este utilizată pentru a scana paralel cu suprafața în direcțiile x și y la o înălțime de câteva zecimi de nanometri distanță de suprafața netedă a probei, deoarece fiecare atom are o anumită dimensiune, Intervalul tunelului din mijloc va varia cu x și y, iar curentul tunelului care curge prin sonda va fi, de asemenea, diferit. Chiar și variațiile de înălțime de câteva sutimi de nanometru pot fi reflectate în curenții de tunel. Un reportofon sincronizat cu sonda de scanare este utilizat pentru a înregistra modificările curentului de tunel și poate fi obținută o imagine de microscop electronic de scanare cu tunel cu o rezoluție de câteva sutimi de nanometri.
