Applicazioni di microscopia elettronica a tunneling a scansione
Il principio del microscopio a effetto tunnel consiste nell'utilizzare in modo intelligente l'effetto tunnel fisico e la corrente di tunneling. C'è un gran numero di elettroni "liberi" nel corpo metallico e la distribuzione di energia di questi elettroni "liberi" nel corpo metallico è concentrata vicino al livello di Fermi, e c'è una potenziale barriera con energia superiore al livello di Fermi su il confine metallico. Pertanto, dal punto di vista della fisica classica, gli elettroni "liberi" in un metallo, solo quegli elettroni la cui energia è superiore alla barriera di confine, possono fuoriuscire dall'interno del metallo verso l'esterno. Tuttavia, secondo i principi della meccanica quantistica, anche gli elettroni liberi nei metalli hanno proprietà ondulatorie e quando questa onda di elettroni si propaga al confine del metallo e incontra una barriera superficiale, parte di essa verrà trasmessa. Vale a dire, alcuni elettroni con energia inferiore alla barriera di potenziale superficiale possono penetrare la barriera di potenziale superficiale del metallo e formare una "nuvola di elettroni" sulla superficie metallica. Questo effetto è chiamato tunneling. Quindi, quando due metalli sono molto vicini (meno di pochi nanometri), le nuvole di elettroni dei due metalli si compenetreranno a vicenda. Quando viene applicata una tensione appropriata, anche se i due metalli non sono realmente in contatto, una corrente fluirà da un metallo all'altro. Questa corrente è chiamata corrente di tunnel.
La corrente e la resistenza del tunnel sono molto sensibili ai cambiamenti nel gap del tunnel. Anche un cambiamento di 0.01nm nel gap del tunnel può causare cambiamenti significativi nella corrente del tunnel.
Se si utilizza una sonda molto affilata (come un ago di tungsteno) per scansionare parallelamente alla superficie nelle direzioni x e y ad un'altezza di pochi decimi di nanometri dalla superficie liscia del campione, poiché ogni atomo ha una certa dimensione, Il gap del tunnel centrale varierà con x e y, e anche la corrente del tunnel che scorre attraverso la sonda sarà diversa. Anche variazioni di altezza di pochi centesimi di nanometro possono riflettersi nelle correnti di tunneling. Un registratore sincronizzato con la sonda di scansione viene utilizzato per registrare le variazioni della corrente di tunneling e si può ottenere un'immagine al microscopio elettronico a scansione di tunneling con una risoluzione di pochi centesimi di nanometri.
