Въведение в сканиращия тунелен електронен микроскоп
Сканиращият тунелен електронен микроскоп (STM) е вид инструмент, който използва ефекта на тунелиране в квантовата теория, за да изследва структурата на повърхността на материята, използвайки ефекта на квантовото тунелиране на електроните между атомите, за да преобразува разположението на атомите върху повърхността на материята в информация за изображението.
Въведение
Трансмисионната електронна микроскопия е полезна за наблюдение на цялостната структура на дадено вещество, но е по-трудно да се анализира повърхностната структура. Това е така, защото трансмисионната електронна микроскопия се състои от високоенергийно електричество, преминаващо през пробата, за да се получи информация, отразяваща вътрешната информация на пробата. Въпреки че сканиращата електронна микроскопия (SEM) може да разкрие определени състояния на повърхността, анализираната така наречена „повърхност“ винаги е на определена дълбочина, тъй като падащите електрони винаги имат определено количество енергия и проникват във вътрешността на пробата, а скоростта на оплетка също е много ограничен. Полева емисионна електронна микроскопия (FEM) и полева йонна микроскопия (FIM) могат да се използват добре за повърхностни изследвания, но пробите трябва да бъдат специално подготвени и могат да бъдат поставени само на върха на много фина игла и пробите трябва да бъдат способни да издържат на силно електрическо поле, което ограничава обхвата на неговото приложение.
Сканиращата тунелна електронна микроскопия (STM) работи на съвсем различен принцип. Той не получава информация за материала на пробата чрез действието на електронен лъч върху пробата (напр. трансмисионни и сканиращи електронни микроскопи), нито изследва материала на пробата, като го изобразява чрез образуването на емитиран ток (напр. полеви емисии на електрони микроскопи) посредством силно електрическо поле, което дава на електроните в пробата повече енергия от работата на отделяне, но чрез сондиране на тунелен ток на повърхността на пробата, който може да се използва за изобразяване на повърхността. Това е чрез откриване на тунелния ток на повърхността на пробата до изображение, така че да се изследва повърхността на пробата.
Принцип
Сканиращият тунелен микроскоп е нов тип микроскоп, който може да различи морфологията на повърхността на твърдото тяло чрез откриване на тунелните токове на електрони в атомите на повърхността на твърдото тяло според принципа на тунелния ефект в квантовата механика.
Поради ефекта на тунелиране на електроните, електроните в метала не са напълно ограничени в рамките на повърхностната граница, т.е. плътността на електроните не пада внезапно до нула на повърхностната граница, а се разпада експоненциално извън повърхността; дължината на разпада е около 1 nm, което е мярката за бягството на електрона от повърхностната потенциална бариера. Ако два метала са близо един до друг, техните електронни облаци може да се припокриват; ако се приложи малко напрежение между двата метала, тогава между тях може да се наблюдава ток (наречен тунелен ток).
