Scanningtunneling-elektronenmicroscooptoepassingen
Het principe van tunnelingmicroscopie is om slim gebruik te maken van het tunneleffect en de tunnelstroom in de natuurkunde. Er zijn een groot aantal "vrije" elektronen in het metalen lichaam, deze "vrije" elektronen in het metalen lichaam van de energieverdeling zijn geconcentreerd in de buurt van het Fermi-energieniveau, terwijl er in de metalen grens een hogere energie is dan het Fermi-energieniveau van de potentiële barrière. Daarom kunnen, vanuit het perspectief van de klassieke natuurkunde, de "vrije" elektronen in het metaal alleen de energie hoger dan de grenspotentiaalbarrière van die elektronen uit het metaal naar buiten ontsnappen. Volgens de kwantummechanica hebben de vrije elektronen in het metaal echter ook vluchtigheid, en wanneer deze elektronengolf zich voortplant naar de metaalgrens en de oppervlaktepotentiaalbarrière tegenkomt, zal er enige transmissie plaatsvinden. Dat wil zeggen dat een deel van de energie onder de oppervlaktepotentiaalbarrière van het elektron de metalen oppervlaktebarrière kan binnendringen, waardoor een "elektronenwolk" op het metalen oppervlak ontstaat. Dit effect wordt het tunneleffect genoemd. Wanneer twee metalen zich dus heel dicht bij elkaar bevinden (minder dan een paar nanometer), zullen de elektronenwolken van de twee metalen elkaar doordringen. Wanneer de juiste spanning wordt toegevoegd, zal er, zelfs als de twee metalen niet echt in contact zijn, een stroom vloeien van het ene metaal naar het andere, wat de tunnelstroom wordt genoemd.
Tunnelstroom en tunnelweerstand met de tunnelspleet zijn zeer gevoelig voor veranderingen in de tunnelspleet, zelfs als slechts een verandering van 0.01nm ook aanzienlijke veranderingen in de tunnelstroom kan veroorzaken.
Als een zeer scherpe sonde (zoals een wolfraamnaald) in de afstand van het gladde oppervlak van het monster een paar tienden van een nanometer hoogte evenwijdig aan het oppervlak in de x-, y-richting scant, omdat elk atoom een bepaalde grootte heeft, en dus in het scanproces zal de tunnelopening met de x, y van de verschillende en verschillende zijn, de tunnelstroom die door de sonde vloeit is ook anders. Zelfs een hoogteverandering van een paar procent van een nanometer kan in de tunnelstroom worden weerspiegeld. Door het gebruik van een scanning-sonde met een gesynchroniseerde recorder worden de veranderingen in de tunnelstroom geregistreerd, u kunt een resolutie van enkele nanometers van de scanning-tunneling-elektronenmicroscoopbeelden verkrijgen.
