扫描隧道显微镜的工作原理

    扫描隧道显微镜就是根据量子力学中的隧道效应与原理，通过探测固体表面原子中的电子的隧道电流来分辨表面形貌的显微装置。根据量子理论，由于电子的隧道效应，金属中的电子并不完全局限于金属表面之内，电子云密度并不是在表面边界处突变为零。在金属表面以外，电子云密度呈指数衰减，衰减长度约为1nm。用一个极细的、只有原子线度的金属针尖作为探针，将它与被研究物质（样品）的表面作为两个电极，当样品表面与针尖非常靠近（距离（1nm）时，两者的电子云略有重叠，若在两极间加上电压Vb，在电场作用下电子就会穿过两个电极之间的势垒，通过电子云的狭窄通道流动，从一极流向另一极，形成隧道电流I。隧道电流I的大小与针尖和样品间的距离S以及样品表面平均势垒的高度有关。

    关系式为： I∝Vbexp(-Aφ^(1/2)S)

    类似于隐失波在界面上的衰减，高分辨率正是因为这种指数衰减对距离的敏感性。由此可见，隧道电流I对针尖与样品表面之间的距离S极为敏感，如果S减小0.1nm，隧道电流就会增加一个数量级，当针尖在样品表面上方扫描时，即使其表面只有原子尺度的起伏，也将通过其隧道电流显示出来。借助于电子仪器和计算机，在频幕上即显示出样品的表面形貌。