走査型トンネル電子顕微鏡アプリケーション
トンネル顕微鏡の原理は、物理的なトンネル効果とトンネル電流をうまく利用することです。 金属体内には多数の「自由」電子が存在し、金属体内のこれら「自由」電子のエネルギー分布はフェルミ準位付近に集中しており、金属体内にはフェルミ準位よりも高いエネルギーを持つポテンシャル障壁が存在します。金属の境界線。 したがって、古典物理学の観点からは、金属内の「自由」電子、つまり境界障壁よりも高いエネルギーを持つ電子だけが、金属の内部から外部に逃げることができます。 しかし、量子力学の原理によれば、金属中の自由電子にも波の性質があり、この電子の波が金属の境界まで伝播して表面障壁に遭遇すると、その一部が透過されてしまいます。 つまり、表面ポテンシャル障壁よりも低いエネルギーを持つ一部の電子は、金属表面ポテンシャル障壁を突き抜けて、金属表面上に「電子雲」を形成する可能性があります。 この効果はトンネリングと呼ばれます。 したがって、2 つの金属が近接 (数ナノメートル未満) すると、2 つの金属の電子雲は相互に侵入します。 適切な電圧が印加されると、2 つの金属が実際には接触していなくても、一方の金属からもう一方の金属に電流が流れます。 この電流をトンネル電流といいます。
トンネル電流とトンネル抵抗は、トンネル ギャップの変化に非常に敏感です。 トンネルギャップの 0.01nm の変化でさえ、トンネル電流に大きな変化を引き起こす可能性があります。
非常に鋭利なプローブ (タングステン針など) を使用して、滑らかなサンプル表面から数十分の 1 ナノメートルの高さで表面に平行に x 方向と y 方向に走査すると、各原子はある程度の大きさを持っているため、中間のトンネル ギャップは x と y によって変化し、プローブを流れるトンネル電流も異なります。 100 分の 1 ナノメートルの高さの変化でさえ、トンネル電流に反映される可能性があります。 走査プローブと同期した記録装置を用いてトンネル電流の変化を記録し、数百分の1ナノメートルの解像度の走査トンネル電子顕微鏡像を得ることができます。
