Introduzione al microscopio elettronico a effetto tunnel
Il microscopio elettronico a effetto tunnel (STM) è un tipo di strumento che utilizza l'effetto tunnel nella teoria quantistica per sondare la struttura della superficie della materia, utilizzando l'effetto tunnel quantistico degli elettroni tra gli atomi per convertire la disposizione degli atomi sulla superficie della materia nelle informazioni sull'immagine.
introduzione
La microscopia elettronica a trasmissione è utile per osservare la struttura complessiva di una sostanza, ma è più difficile analizzare la struttura superficiale. Questo perché la microscopia elettronica a trasmissione consiste nel passaggio di elettricità ad alta energia attraverso il campione per ottenere informazioni, che riflettono le informazioni interne della sostanza campione. Sebbene la microscopia elettronica a scansione (SEM) possa rivelare determinate condizioni superficiali, la cosiddetta "superficie" analizzata si trova sempre ad una certa profondità perché gli elettroni incidenti hanno sempre una certa quantità di energia e penetrano all'interno del campione, e la velocità della treccia è anche molto limitato. La microscopia elettronica a emissione di campo (FEM) e la microscopia ionica di campo (FIM) possono essere ben utilizzate per studi di superficie, ma i campioni devono essere preparati appositamente e possono essere posizionati solo sulla punta di un ago molto sottile e i campioni devono essere in grado di resistere a un campo elettrico elevato, che limita la portata della sua applicazione.
La microscopia elettronica a effetto tunnel (STM) funziona secondo un principio completamente diverso. Non ottiene informazioni sul materiale del campione attraverso l'azione di un fascio di elettroni sul campione (ad es. microscopi elettronici a trasmissione e a scansione), né studia il materiale del campione immaginandolo attraverso la formazione di una corrente emessa (ad es. microscopi) mediante un campo elettrico elevato che conferisce agli elettroni nel campione più energia rispetto al lavoro di distacco, ma sondando una corrente tunnel sulla superficie del campione, che può essere utilizzata per l'imaging della superficie. L'immagine avviene rilevando la corrente di tunneling sulla superficie del campione, in modo da studiare la superficie del campione.
Principio
Il microscopio a scansione tunnel è un nuovo tipo di microscopio in grado di distinguere la morfologia superficiale di un solido rilevando le correnti tunnel degli elettroni negli atomi sulla superficie del solido secondo il principio dell'effetto tunnel nella meccanica quantistica.
A causa dell'effetto tunnel degli elettroni, gli elettroni nel metallo non sono completamente confinati all'interno del confine superficiale, cioè la densità degli elettroni non scende improvvisamente a zero al confine superficiale, ma decade esponenzialmente all'esterno della superficie; la lunghezza di decadimento è di circa 1 nm, che è la misura della fuga di elettroni dalla barriera di potenziale superficiale. Se due metalli sono vicini tra loro, le loro nubi elettroniche potrebbero sovrapporsi; se tra i due metalli viene applicata una piccola tensione, tra loro si può osservare una corrente (detta corrente tunnel).
