Applicazioni del microscopio elettronico a effetto tunnel a scansione
Il principio della microscopia tunneling è quello di fare un uso intelligente dell'effetto tunneling e della corrente tunneling in fisica. Ci sono un gran numero di elettroni "liberi" nel corpo metallico, questi elettroni "liberi" nel corpo metallico la distribuzione di energia è concentrata in prossimità del livello energetico di Fermi, mentre al confine del metallo c'è un'energia maggiore di il livello energetico di Fermi della barriera potenziale. Pertanto, dal punto di vista della fisica classica, per gli elettroni "liberi" all'interno del metallo, solo l'energia superiore alla barriera potenziale limite di tali elettroni può fuoriuscire dal metallo verso l'esterno. Tuttavia, secondo la meccanica quantistica, anche gli elettroni liberi nel metallo sono volatili e quando l’onda di elettroni si propaga verso il confine del metallo e incontra la barriera di potenziale superficiale, si verifica una certa trasmissione. Vale a dire, ci sarà parte dell'energia al di sotto della barriera potenziale superficiale dell'elettrone che può penetrare la barriera superficiale del metallo, formando una "nuvola di elettroni" sulla superficie metallica. Questo effetto è chiamato effetto tunnel. Pertanto, quando due metalli sono molto vicini tra loro (al di sotto di pochi nanometri), le nubi elettroniche dei due metalli si compenetrano a vicenda. Quando viene aggiunta la tensione appropriata, anche se i due metalli non sono realmente in contatto, ci sarà una corrente che fluisce da un metallo all'altro, chiamata corrente tunnel.
La corrente del tunnel e la resistenza del tunnel con il tunnel gap sono molto sensibili ai cambiamenti nel tunnel gap, anche se solo una variazione di 0.01nm, può anche causare cambiamenti significativi nella corrente del tunnel.
Se una sonda molto affilata (come un ago di tungsteno) si trova a pochi decimi di nanometro di altezza parallela alla superficie nella scansione in direzione x, y, poiché ogni atomo ha una certa dimensione e quindi nel processo di scansione il gap del tunnel sarà con x, y del diverso e diverso, anche la corrente di tunneling che scorre attraverso la sonda è diversa. Anche una variazione di altezza di pochi per cento di un nanometro può riflettersi nella corrente tunnel. Utilizzando una sonda di scansione con un registratore sincronizzato, verranno registrate le variazioni della corrente di tunneling ed è possibile ottenere una risoluzione di pochi nanometri delle immagini del microscopio elettronico di tunneling a scansione.
