Aplikacije skenirajoče tunelske elektronske mikroskopije
Načelo tunelskega mikroskopa je pametna uporaba fizičnega tunelskega učinka in tunelskega toka. V kovinskem telesu je veliko "prostih" elektronov in porazdelitev energije teh "prostih" elektronov v kovinskem telesu je skoncentrirana blizu Fermijeve ravni, na kateri je potencialna pregrada z energijo, ki je višja od Fermijeve ravni. kovinska meja. Zato lahko z vidika klasične fizike "prosti" elektroni v kovini, le tisti elektroni, katerih energija je višja od mejne pregrade, uhajajo iz notranjosti kovine navzven. Vendar pa imajo v skladu z načeli kvantne mehanike prosti elektroni v kovinah tudi valovne lastnosti, in ko se ta elektronski val razširi do kovinske meje in naleti na površinsko pregrado, se del prenese. To pomeni, da lahko nekateri elektroni z energijo, nižjo od površinske potencialne pregrade, prodrejo skozi kovinsko površinsko potencialno pregrado in tvorijo "elektronski oblak" na kovinski površini. Ta učinek se imenuje tuneliranje. Torej, ko sta dve kovini v neposredni bližini (manj kot nekaj nanometrov), bodo elektronski oblaki obeh kovin prodrli drug v drugega. Ko se uporabi ustrezna napetost, tudi če kovini nista v resnici v stiku, bo tok stekel iz ene kovine v drugo. Ta tok se imenuje tunelski tok.
Tunelski tok in tunelski upor sta zelo občutljiva na spremembe tunelske reže. Tudi sprememba 0.01nm v tunelski vrzeli lahko povzroči pomembne spremembe v tunelskem toku.
Če uporabimo zelo ostro sondo (kot je volframova igla) za skeniranje vzporedno s površino v smereh x in y na višini nekaj desetink nanometra stran od gladke površine vzorca, ker ima vsak atom določeno velikost, Srednja tunelska reža se bo spreminjala z x in y, različen pa bo tudi tok tunela, ki teče skozi sondo. Celo višinske razlike za nekaj stotink nanometra se lahko odražajo v tunelskih tokovih. Za snemanje sprememb tunelskega toka se uporablja snemalnik, sinhroniziran z vrstično sondo, s čimer je mogoče dobiti sliko vrstičnega tunelskega elektronskega mikroskopa z ločljivostjo nekaj stotink nanometra.
