Aplikacije skenirajočega tunelskega elektronskega mikroskopa
Načelo tunelske mikroskopije je pametna uporaba tunelskega učinka in tunelskega toka v fiziki. V kovinskem telesu je veliko število "prostih" elektronov, ti "prosti" elektroni v kovinskem telesu porazdelitve energije so koncentrirani v bližini Fermijevega energijskega nivoja, medtem ko je na kovinski meji energija višja od raven Fermijeve energije potencialne pregrade. Zato lahko z vidika klasične fizike "prosti" elektroni v kovini le energija, ki je višja od mejne potencialne pregrade teh elektronov, uide iz kovine navzven. Vendar pa imajo v skladu s kvantno mehaniko prosti elektroni v kovini tudi volatilnost in ko se ta elektronski val širi proti kovinski meji in naleti na površinsko potencialno pregrado, bo prišlo do določenega prenosa. To pomeni, da bo del energije pod površinsko potencialno pregrado, kjer lahko elektron prodre skozi kovinsko površinsko pregrado, nastane "elektronski oblak" kovinske površine. Ta učinek se imenuje učinek tuneliranja. Ko sta torej dve kovini zelo blizu skupaj (pod nekaj nanometrov), bodo elektronski oblaki obeh kovin prodrli drug v drugega. Ko se doda ustrezna napetost, tudi če kovini nista v resnici v stiku, bo iz ene kovine v drugo potekal tok, ki se imenuje tunelski tok.
Tok tunela in upornost tunela z vrzeljo tunela sta zelo občutljiva na spremembe reže tunela, tudi če sprememba samo 0.01nm, lahko povzroči tudi znatne spremembe toka tunela.
Če je zelo ostra sonda (kot je volframova igla) v razdalji od gladke površine vzorca nekaj desetink nanometra višine vzporedna s površino v smeri x, y skeniranja, ker ima vsak atom določeno velikost in tako v procesu skeniranja tunelska vrzel bo z x, y različnih in drugačnih, tunelski tok, ki teče skozi sondo, je tudi drugačen. Celo sprememba višine za nekaj odstotkov nanometra se lahko odraža v tunelskem toku. Uporaba skenirne sonde s sinhroniziranim snemalnikom, spremembe tunelskega toka bodo zabeležene, lahko dobite ločljivost nekaj nanometrov slik skenirnega tunelskega elektronskega mikroskopa.
