Aplicaciones de microscopía electrónica de efecto túnel
El principio del microscopio de tunelización es utilizar inteligentemente el efecto de tunelización física y la corriente de tunelización. Hay una gran cantidad de electrones "libres" en el cuerpo metálico, y la distribución de energía de estos electrones "libres" en el cuerpo metálico se concentra cerca del nivel de Fermi, y hay una barrera potencial con energía superior al nivel de Fermi en el límite metálico. Por lo tanto, desde la perspectiva de la física clásica, los electrones "libres" en un metal, solo aquellos electrones cuya energía es mayor que la barrera límite, pueden escapar del interior del metal hacia el exterior. Sin embargo, de acuerdo con los principios de la mecánica cuántica, los electrones libres en los metales también tienen propiedades ondulatorias, y cuando esta onda de electrones se propaga hacia el límite del metal y encuentra una barrera superficial, parte de ella se transmitirá. Es decir, algunos electrones con energía inferior a la barrera de potencial de la superficie pueden penetrar la barrera de potencial de la superficie del metal y formar una "nube de electrones" en la superficie del metal. Este efecto se llama tunelización. Entonces, cuando dos metales están muy cerca (menos de unos pocos nanómetros), las nubes de electrones de los dos metales se penetrarán entre sí. Cuando se aplica un voltaje apropiado, incluso si los dos metales no están realmente en contacto, fluirá una corriente de un metal a otro. Esta corriente se llama corriente de túnel.
La corriente del túnel y la resistencia del túnel son muy sensibles a los cambios en el espacio del túnel. Incluso un cambio de 0.01nm en el espacio del túnel puede causar cambios significativos en la corriente del túnel.
Si se usa una sonda muy afilada (como una aguja de tungsteno) para escanear paralelamente a la superficie en las direcciones x e y a una altura de unas pocas décimas de nanómetros de la superficie lisa de la muestra, dado que cada átomo tiene un tamaño determinado, El espacio del túnel medio variará con x e y, y la corriente del túnel que fluye a través de la sonda también será diferente. Incluso las variaciones de altura de unas pocas centésimas de nanómetro pueden reflejarse en las corrientes de túnel. Se utiliza un registrador sincronizado con la sonda de exploración para registrar los cambios de la corriente de tunelización, y se puede obtener una imagen de microscopio electrónico de tunelización de exploración con una resolución de unas pocas centésimas de nanómetros.
