Aplikace rastrovacího tunelového elektronového mikroskopu
Principem tunelové mikroskopie je chytré využití tunelovacího efektu a tunelovacího proudu ve fyzice. V kovovém tělese je velké množství „volných“ elektronů, tyto „volné“ elektrony v kovovém tělese energetické distribuce jsou soustředěny v blízkosti Fermiho energetické hladiny, přičemž v kovové hranici je vyšší energie než Fermiho energetická hladina potenciální bariéry. Z pohledu klasické fyziky tedy „volné“ elektrony v kovu, pouze energie vyšší, než je hraniční potenciálová bariéra těchto elektronů, může uniknout z kovu ven. Podle kvantové mechaniky však mají volné elektrony v kovu také těkavost, a když se tato elektronová vlna šíří směrem k hranici kovu a narazí na bariéru povrchového potenciálu, dojde k určitému přenosu. To znamená, že bude část energie pod povrchovou potenciálovou bariérou elektronu, která může proniknout kovovou povrchovou bariérou, vytvořením kovového povrchu "elektronového mraku". Tento efekt se nazývá tunelový efekt. Proto, když jsou dva kovy velmi blízko u sebe (méně než několik nanometrů), elektronová mračna těchto dvou kovů proniknou navzájem. Když se přidá vhodné napětí, i když dva kovy nejsou ve skutečnosti v kontaktu, bude z jednoho kovu do druhého protékat proud, který se nazývá tunelový proud.
Tunelový proud a odpor tunelu s tunelovou mezerou jsou velmi citlivé na změny tunelové mezery, i když pouze změna 0.01nm, může také způsobit významné změny tunelového proudu.
Pokud je velmi ostrá sonda (např. wolframová jehla) ve vzdálenosti od hladkého povrchu vzorku několik desetin nanometrové výšky rovnoběžně s povrchem ve směru x, y skenování, protože každý atom má určitou velikost, a tedy v procesu skenování tunelová mezera bude s x, y různá a různá, tunelovací proud protékající sondou je také odlišný. I změna výšky o několik procent nanometru se může projevit v tunelovacím proudu. Použitím skenovací sondy se synchronizovaným zapisovačem budou zaznamenány změny tunelovacího proudu, můžete získat rozlišení několika nanometrů snímků skenovacího tunelového elektronového mikroskopu.
