주사 터널링 전자 현미경 응용
터널링 현미경의 원리는 물리적인 터널링 효과와 터널링 전류를 교묘하게 이용하는 것입니다. 금속체에는 많은 수의 "자유" 전자가 있고, 금속체에서 이러한 "자유" 전자의 에너지 분포는 페르미 준위 근처에 집중되어 있으며, 그 위에는 페르미 준위보다 높은 에너지를 가진 포텐셜 장벽이 존재합니다. 금속 경계. 따라서 고전 물리학의 관점에서 금속의 "자유" 전자, 경계 장벽보다 높은 에너지를 가진 전자만이 금속 내부에서 외부로 빠져나갈 수 있습니다. 그러나 양자역학의 원리에 따르면 금속 속의 자유전자도 파동의 성질을 갖고 있으며, 이 전자파가 금속 경계까지 전파되어 표면장벽을 만나면 일부가 투과하게 된다. 즉, 표면 전위 장벽보다 낮은 에너지를 가진 일부 전자는 금속 표면 전위 장벽을 통과하여 금속 표면에 "전자 구름"을 형성할 수 있습니다. 이 효과를 터널링이라고 합니다. 따라서 두 금속이 근접(수 나노미터 미만)하면 두 금속의 전자 구름이 서로를 관통합니다. 적절한 전압이 가해지면 두 금속이 실제로 접촉하지 않더라도 한 금속에서 다른 금속으로 전류가 흐릅니다. 이 전류를 터널 전류라고 합니다.
터널 전류와 터널 저항은 터널 간격의 변화에 매우 민감합니다. 터널 간격에서 0.01nm의 변화도 터널 전류에 상당한 변화를 일으킬 수 있습니다.
매우 날카로운 탐침(예: 텅스텐 바늘)을 사용하여 매끄러운 시료 표면에서 수십 나노미터 떨어진 높이에서 x 및 y 방향으로 표면에 평행하게 스캔하면 각 원자는 특정 크기를 가지므로 중간 터널 간격은 x와 y에 따라 달라지며 프로브를 통해 흐르는 터널 전류도 달라집니다. 100분의 1나노미터의 높이 변화도 터널링 전류에 반영될 수 있습니다. 스캐닝 프로브와 동기화된 레코더를 사용하여 터널링 전류의 변화를 기록하고 수백분의 1 나노미터 해상도의 스캐닝 터널링 전자현미경 이미지를 얻을 수 있습니다.
