스캐닝 터널링 전자현미경 응용
터널링 현미경의 원리는 물리학에서 터널링 효과와 터널링 전류를 영리하게 활용하는 것입니다. 금속체에는 많은 수의 "자유" 전자가 있으며, 에너지 분포의 금속체에 있는 이러한 "자유" 전자는 페르미 에너지 준위 근처에 집중되는 반면, 금속 경계에는 다음보다 더 높은 에너지가 있습니다. 전위장벽의 페르미 에너지 준위. 따라서 고전 물리학의 관점에서 볼 때, 금속 내부의 "자유" 전자는 해당 전자의 경계 전위 장벽보다 높은 에너지만이 금속에서 외부로 탈출할 수 있습니다. 그러나 양자 역학에 따르면 금속의 자유 전자도 휘발성을 가지며 이 전자파가 금속 경계를 향해 전파되어 표면 전위 장벽을 만날 때 약간의 전송이 있게 됩니다. 즉, 전자의 표면 전위 장벽 아래 에너지의 일부가 금속 표면 장벽을 관통하여 금속 표면 "전자 구름"을 형성할 수 있습니다. 이 효과를 터널링 효과라고 합니다. 따라서 두 금속이 서로 매우 가까우면(수 나노미터 미만) 두 금속의 전자 구름이 서로 침투합니다. 적절한 전압을 가하면 두 금속이 실제로 접촉하지 않더라도 한 금속에서 다른 금속으로 전류가 흐르게 되는데, 이를 터널 전류라고 합니다.
터널 전류와 터널 갭에 따른 터널 저항은 터널 갭의 변화에 매우 민감합니다. 0.01nm만 변경되더라도 터널 전류에 상당한 변화가 발생할 수도 있습니다.
매우 날카로운 탐침(예: 텅스텐 바늘)이 시료의 매끄러운 표면으로부터 x, y 방향 스캐닝으로 표면과 평행한 수십 나노미터 높이에 있는 경우 각 원자는 특정 크기를 가지므로 스캐닝 프로세스에서 터널 갭은 x, y의 서로 다르며 프로브를 통해 흐르는 터널링 전류도 다릅니다. 1나노미터의 몇 퍼센트의 높이 변화도 터널링 전류에 반영될 수 있습니다. 동기화된 레코더와 함께 스캐닝 프로브를 사용하면 터널링 전류 변화가 기록되며 스캐닝 터널링 전자 현미경 이미지의 몇 나노미터 해상도를 얻을 수 있습니다.
