Applications de microscopie électronique à effet tunnel
Le principe du microscope à effet tunnel est d'utiliser intelligemment l'effet tunnel physique et le courant tunnel. Il y a un grand nombre d'électrons "libres" dans le corps métallique, et la distribution d'énergie de ces électrons "libres" dans le corps métallique est concentrée près du niveau de Fermi, et il existe une barrière de potentiel avec une énergie supérieure au niveau de Fermi sur la frontière métallique. Par conséquent, du point de vue de la physique classique, les électrons "libres" dans un métal, seuls les électrons dont l'énergie est supérieure à la barrière limite, peuvent s'échapper de l'intérieur du métal vers l'extérieur. Cependant, selon les principes de la mécanique quantique, les électrons libres dans les métaux ont également des propriétés ondulatoires, et lorsque cette onde électronique se propage à la frontière du métal et rencontre une barrière de surface, une partie de celle-ci sera transmise. C'est-à-dire que certains électrons avec une énergie inférieure à la barrière de potentiel de surface peuvent pénétrer la barrière de potentiel de surface métallique et former un "nuage d'électrons" sur la surface métallique. Cet effet est appelé effet tunnel. Ainsi, lorsque deux métaux sont à proximité (moins de quelques nanomètres), les nuages d'électrons des deux métaux vont se pénétrer. Lorsqu'une tension appropriée est appliquée, même si les deux métaux ne sont pas vraiment en contact, un courant va circuler d'un métal à l'autre. Ce courant est appelé courant tunnel.
Le courant tunnel et la résistance tunnel sont très sensibles aux variations de l'espace tunnel. Même un changement de 0.01nm dans l'espace du tunnel peut entraîner des changements significatifs dans le courant du tunnel.
Si une sonde très pointue (telle qu'une aiguille de tungstène) est utilisée pour balayer parallèlement à la surface dans les directions x et y à une hauteur de quelques dixièmes de nanomètres de la surface lisse de l'échantillon, puisque chaque atome a une certaine taille, L'écart du tunnel moyen variera avec x et y, et le courant tunnel traversant la sonde sera également différent. Même des variations de hauteur de quelques centièmes de nanomètre peuvent se refléter dans les courants tunnel. Un enregistreur synchronisé avec la sonde à balayage est utilisé pour enregistrer les variations du courant à effet tunnel, et une image au microscope électronique à effet tunnel à balayage avec une résolution de quelques centièmes de nanomètres peut être obtenue.
