Aplikácie skenovacej tunelovej elektrónovej mikroskopie
Princíp tunelovacieho mikroskopu spočíva v šikovnom využití fyzikálneho tunelovacieho efektu a tunelovacieho prúdu. V kovovom tele je veľké množstvo "voľných" elektrónov a distribúcia energie týchto "voľných" elektrónov v kovovom tele je sústredená v blízkosti Fermiho hladiny a existuje potenciálová bariéra s energiou vyššou ako Fermiho hladina na kovová hranica. Preto z pohľadu klasickej fyziky „voľné“ elektróny v kove, iba tie elektróny, ktorých energia je vyššia ako hraničná bariéra, môžu uniknúť z vnútra kovu von. Podľa princípov kvantovej mechaniky však aj voľné elektróny v kovoch majú vlnové vlastnosti a keď sa táto elektrónová vlna šíri k hranici kovu a narazí na povrchovú bariéru, časť sa prenesie. To znamená, že niektoré elektróny s energiou nižšou ako je povrchová potenciálová bariéra môžu preniknúť cez kovovú povrchovú potenciálovú bariéru a vytvoriť "elektrónový oblak" na kovovom povrchu. Tento efekt sa nazýva tunelovanie. Takže, keď sú dva kovy v tesnej blízkosti (menej ako niekoľko nanometrov), elektrónové oblaky týchto dvoch kovov navzájom preniknú. Keď sa použije vhodné napätie, aj keď dva kovy nie sú skutočne v kontakte, prúd bude tiecť z jedného kovu do druhého. Tento prúd sa nazýva tunelový prúd.
Tunelový prúd a tunelový odpor sú veľmi citlivé na zmeny v tunelovej medzere. Dokonca aj zmena o 0,01 nm v tunelovej medzere môže spôsobiť významné zmeny v tunelovom prúde.
Ak sa použije veľmi ostrá sonda (napríklad volfrámová ihla) na skenovanie rovnobežne s povrchom v smeroch x a y vo výške niekoľkých desatín nanometrov od hladkého povrchu vzorky, pretože každý atóm má určitú veľkosť, Medzera stredného tunela sa bude meniť s x a y a tiež sa bude líšiť tunelový prúd pretekajúci cez sondu. Dokonca aj výškové odchýlky niekoľkých stotín nanometra sa môžu prejaviť v tunelových prúdoch. Na zaznamenávanie zmien tunelovacieho prúdu sa používa záznamník synchronizovaný so skenovacou sondou a možno získať obraz skenovacieho tunelového elektrónového mikroskopu s rozlíšením niekoľkých stotín nanometrov.
