Aplicaciones del microscopio electrónico de efecto túnel de barrido
El principio de la microscopía de túnel es hacer un uso inteligente del efecto túnel y de la corriente túnel en física. Hay una gran cantidad de electrones "libres" en el cuerpo metálico; estos electrones "libres" en el cuerpo metálico de la distribución de energía se concentran cerca del nivel de energía de Fermi, mientras que en el límite del metal hay una energía mayor que el nivel de energía de Fermi de la barrera de potencial. Por lo tanto, desde la perspectiva de la física clásica, de los electrones "libres" dentro del metal, sólo la energía superior a la barrera potencial límite de esos electrones puede escapar del metal hacia el exterior. Sin embargo, según la mecánica cuántica, los electrones libres en el metal también tienen volatilidad, y cuando esta onda de electrones se propaga hacia el límite del metal y encuentra la barrera de potencial superficial, habrá cierta transmisión. Es decir, parte de la energía debajo de la barrera de potencial de la superficie del electrón puede atravesar la barrera de la superficie del metal, lo que forma una "nube de electrones" en la superficie del metal. Este efecto se llama efecto túnel. Por lo tanto, cuando dos metales están muy juntos (por debajo de unos pocos nanómetros), las nubes de electrones de los dos metales se penetrarán entre sí. Cuando se agrega el voltaje apropiado, incluso si los dos metales no están realmente en contacto, habrá una corriente que fluirá de un metal al otro, lo que se llama corriente de túnel.
La corriente del túnel y la resistencia del túnel con la brecha del túnel son muy sensibles a los cambios en la brecha del túnel, incluso si solo cambian 0.01 nm, también pueden causar cambios significativos en la corriente del túnel.
Si una sonda muy afilada (como una aguja de tungsteno) se escanea a una distancia de unas pocas décimas de nanómetro de la superficie lisa de la muestra paralela a la superficie en las direcciones x, y, porque cada átomo tiene un cierto tamaño y, por lo tanto, En el proceso de escaneo, la brecha del túnel será diferente con x, y, y la corriente de túnel que fluye a través de la sonda también es diferente. Incluso un cambio de altura de un pequeño porcentaje de un nanómetro puede reflejarse en la corriente de túnel. Con el uso de una sonda de escaneo con un registrador sincronizado, se registrarán los cambios de la corriente de túnel y se puede obtener una resolución de unos pocos nanómetros de las imágenes del microscopio electrónico de túnel de barrido.
