Scanning Tunneling Elektronmikroskopi Anvendelser
Princippet i tunnelmikroskopet er at bruge den fysiske tunneleffekt og tunnelstrøm på smart måde. Der er et stort antal "frie" elektroner i metallegemet, og energifordelingen af disse "frie" elektroner i metallegemet er koncentreret nær Fermi-niveauet, og der er en potentiel barriere med energi højere end Fermi-niveauet på metalgrænsen. Derfor, set fra klassisk fysiks perspektiv, kan "frie" elektroner i et metal, kun de elektroner, hvis energi er højere end grænsebarrieren, undslippe fra indersiden af metallet til ydersiden. Men ifølge kvantemekanikkens principper har frie elektroner i metaller også bølgeegenskaber, og når denne elektronbølge forplanter sig til metalgrænsen og støder på en overfladebarriere, vil en del af den blive transmitteret. Det vil sige, at nogle elektroner med energi lavere end overfladepotentialbarrieren kan trænge igennem metaloverfladepotentialbarrieren og danne en "elektronsky" på metaloverfladen. Denne effekt kaldes tunneling. Så når to metaller er i umiddelbar nærhed (mindre end et par nanometer), vil elektronskyerne i de to metaller trænge ind i hinanden. Når en passende spænding påføres, vil en strøm flyde fra et metal til et andet, selvom de to metaller ikke rigtig er i kontakt. Denne strøm kaldes tunnelstrøm.
Tunnelstrøm og tunnelmodstand er meget følsomme over for ændringer i tunnelgabet. Selv en ændring på 0.01nm i tunnelgabet kan forårsage betydelige ændringer i tunnelstrømmen.
Hvis en meget skarp sonde (såsom en wolframnål) bruges til at scanne parallelt med overfladen i x- og y-retningerne i en højde af nogle få tiendedele nanometer væk fra den glatte prøveoverflade, da hvert atom har en vis størrelse, Det midterste tunnelgab vil variere med x og y, og tunnelstrømmen, der løber gennem sonden, vil også være anderledes. Selv højdevariationer på nogle få hundrededele af en nanometer kan afspejles i tunnelstrømme. En optager, der er synkroniseret med scanningssonden, bruges til at registrere ændringerne i tunnelstrømmen, og et scanningstunnelelektronmikroskopbillede med en opløsning på nogle få hundrededele af nanometer kan opnås.
