کاربردهای میکروسکوپ الکترونی تونل زنی اسکن
اصل میکروسکوپ تونل زنی استفاده هوشمندانه از اثر تونل زنی و جریان تونل زنی در فیزیک است. تعداد زیادی الکترون "آزاد" در جسم فلزی وجود دارد، این الکترون های "آزاد" در بدنه فلزی توزیع انرژی در مجاورت سطح انرژی فرمی متمرکز شده اند، در حالی که در مرز فلزی انرژی بالاتری وجود دارد. سطح انرژی فرمی مانع پتانسیل بنابراین، از دیدگاه فیزیک کلاسیک، الکترونهای «آزاد» درون فلز، تنها انرژی بالاتر از سد پتانسیل مرزی آن الکترونها ممکن است از فلز به بیرون فرار کند. با این حال، طبق مکانیک کوانتومی، الکترونهای آزاد در فلز نیز دارای فراریت هستند و زمانی که این موج الکترونی به سمت مرز فلزی منتشر میشود و با مانع پتانسیل سطحی برخورد میکند، مقداری انتقال وجود خواهد داشت. این است که می گویند، وجود خواهد داشت بخشی از انرژی زیر سطح مانع پتانسیل الکترون می تواند مانع سطح فلز، تشکیل سطح فلز "ابر الکترونی" نفوذ کند. این اثر را اثر تونل زنی می نامند. بنابراین، زمانی که دو فلز بسیار نزدیک به هم باشند (زیر چند نانومتر)، ابرهای الکترونی این دو فلز به یکدیگر نفوذ خواهند کرد. هنگامی که ولتاژ مناسب اضافه می شود، حتی اگر دو فلز واقعاً در تماس نباشند، جریانی از یک فلز به فلز دیگر می گذرد که به آن جریان تونل می گویند.
جریان تونل و مقاومت تونل با شکاف تونل به تغییرات در شکاف تونل بسیار حساس است، حتی اگر تنها 0.01 نانومتر تغییر کند، همچنین می تواند تغییرات قابل توجهی در جریان تونل ایجاد کند.
اگر یک کاوشگر بسیار تیز (مانند سوزن تنگستن) در فاصله چند دهم نانومتر از سطح صاف نمونه به موازات سطح در جهت x، y اسکن شود، زیرا هر اتم اندازه مشخصی دارد و بنابراین در فرآیند اسکن شکاف تونل با x، y متفاوت و متفاوت خواهد بود، جریان تونل زنی که از طریق پروب می گذرد نیز متفاوت است. حتی تغییر ارتفاع چند درصدی نانومتر را می توان در جریان تونل زنی منعکس کرد. با استفاده از یک کاوشگر اسکن با یک ضبط سنکرون، تغییرات جریان تونل ثبت خواهد شد، می توانید وضوح چند نانومتری از تصاویر میکروسکوپ الکترونی تونل زنی روبشی را دریافت کنید.
