Scanning Tunneling Elektronenmicroscopie Toepassingen
Het principe van de tunnelmicroscoop is om slim gebruik te maken van het fysieke tunneleffect en de tunnelstroom. Er zijn een groot aantal "vrije" elektronen in het metalen lichaam en de energieverdeling van deze "vrije" elektronen in het metalen lichaam is geconcentreerd nabij het Fermi-niveau, en er is een potentiële barrière met energie hoger dan het Fermi-niveau op de metalen grens. Daarom kunnen, vanuit het perspectief van de klassieke fysica, "vrije" elektronen in een metaal, alleen die elektronen waarvan de energie hoger is dan de grensbarrière, van de binnenkant van het metaal naar buiten ontsnappen. Volgens de principes van de kwantummechanica hebben vrije elektronen in metalen echter ook golfeigenschappen, en wanneer deze elektronengolf zich voortplant naar de metaalgrens en een oppervlaktebarrière tegenkomt, zal een deel ervan worden doorgelaten. Dat wil zeggen, sommige elektronen met energie lager dan de oppervlaktepotentiaalbarrière kunnen de metalen oppervlaktepotentiaalbarrière binnendringen en een "elektronenwolk" vormen op het metalen oppervlak. Dit effect wordt tunneling genoemd. Dus wanneer twee metalen dicht bij elkaar zijn (minder dan een paar nanometer), zullen de elektronenwolken van de twee metalen elkaar doordringen. Wanneer een geschikte spanning wordt toegepast, zelfs als de twee metalen niet echt in contact zijn, zal er een stroom van het ene metaal naar het andere vloeien. Deze stroom wordt tunnelstroom genoemd.
Tunnelstroom en tunnelweerstand zijn erg gevoelig voor veranderingen in de tunnelopening. Zelfs een verandering van 0.01nm in de tunnelopening kan significante veranderingen in de tunnelstroom veroorzaken.
Als een zeer scherpe sonde (zoals een wolfraamnaald) wordt gebruikt om evenwijdig aan het oppervlak in de x- en y-richting te scannen op een hoogte van enkele tienden van nanometers verwijderd van het gladde monsteroppervlak, aangezien elk atoom een bepaalde grootte heeft, De middelste tunnelopening varieert met x en y, en de tunnelstroom die door de sonde vloeit, zal ook verschillen. Zelfs hoogtevariaties van enkele honderdsten van een nanometer kunnen worden weerspiegeld in tunnelstromen. Een met de scansonde gesynchroniseerde recorder wordt gebruikt om de veranderingen van de tunnelingstroom vast te leggen, en een scanning tunneling elektronenmicroscoopbeeld met een resolutie van enkele honderdsten van nanometer kan worden verkregen.
