مسح تطبيقات المجهر الإلكتروني النفقي
مبدأ مجهر الأنفاق هو استخدام تأثير النفق المادي بذكاء ونفق التيار. يوجد عدد كبير من الإلكترونات "الحرة" في الجسم المعدني ، ويتركز توزيع الطاقة لهذه الإلكترونات "الحرة" في الجسم المعدني بالقرب من مستوى فيرمي ، وهناك حاجز محتمل بطاقة أعلى من مستوى فيرمي في الحدود المعدنية. لذلك ، من منظور الفيزياء الكلاسيكية ، فإن الإلكترونات "الحرة" في المعدن ، فقط تلك الإلكترونات التي تكون طاقتها أعلى من الحاجز الحدودي ، يمكنها الهروب من داخل المعدن إلى الخارج. ومع ذلك ، وفقًا لمبادئ ميكانيكا الكم ، فإن للإلكترونات الحرة في المعادن أيضًا خصائص موجية ، وعندما تنتشر موجة الإلكترون هذه إلى الحدود المعدنية وتواجه حاجزًا سطحيًا ، سينتقل جزء منها. وهذا يعني أن بعض الإلكترونات ذات الطاقة الأقل من حاجز السطح المحتمل يمكنها اختراق الحاجز المحتمل لسطح المعدن وتشكيل "سحابة إلكترونية" على سطح المعدن. هذا التأثير يسمى نفق. لذلك ، عندما يكون هناك معدنان على مقربة شديدة (أقل من بضعة نانومترات) ، فإن السحب الإلكترونية للمعدنين سوف تخترق بعضها البعض. عندما يتم تطبيق جهد مناسب ، حتى لو لم يكن المعدنان على اتصال فعليًا ، فإن التيار سوف يتدفق من معدن إلى آخر. هذا التيار يسمى تيار النفق.
تعتبر مقاومة تيار النفق ومقاومة الأنفاق حساسة للغاية للتغيرات في فجوة النفق. حتى تغيير 0. 01 نانومتر في فجوة النفق يمكن أن يسبب تغييرات كبيرة في تيار النفق.
إذا تم استخدام مسبار حاد جدًا (مثل إبرة التنغستن) للمسح الموازي للسطح في الاتجاهين x و y على ارتفاع بضعة أعشار من النانومتر بعيدًا عن سطح العينة الأملس ، نظرًا لأن كل ذرة لها حجم معين ، ستختلف فجوة النفق الأوسط مع x و y ، كما أن تيار النفق المتدفق عبر المسبار سيكون مختلفًا أيضًا. يمكن أن تنعكس اختلافات الارتفاع حتى بضعة أجزاء من المئات من النانومتر في التيارات النفقية. يتم استخدام مسجل متزامن مع مسبار المسح لتسجيل التغيرات في تيار النفق ، ويمكن الحصول على صورة مجهر إلكتروني للمسح النفقي بدقة تصل إلى بضعة مئات من النانومترات.
