Сканирующий туннельный микроскоп (СТМ) основан на принципе квантового туннелирования, которое является одним из явлений квантовой механики. Суть работы СТМ заключается в следующем:

Квантовое туннелирование: При близком расположении металлического зонда (кристаллического наконечника) к проводящей поверхности образца, между ними возникает туннельный ток. Этот ток появляется, когда электроны «туннелируют» через изолированное пространство, несмотря на то, что классическая физика не допускает такого процесса. Важный аспект заключается в том, что туннельный ток зависит от расстояния между зондом и поверхностью образца: чем ближе зонд, тем больше туннельный ток.

Положение зонда: СТМ использует датчики, которые измеряют туннельный ток, и системы обратной связи для автоматической подстройки высоты зонда. Когда зонд движется по поверхности образца, изменения в туннельном токе позволяют микроскопу определять, насколько близко находится зонд к поверхности.

Сканирование поверхности: Зонд сканирует поверхность образца, и данные о туннельном токе собираются в виде трехмерных изображений. Это позволяет получить атомарные или субатомарные детали структуры поверхности.

Высокое разрешение: Благодаря своим принципам работы СТМ способен достигать пространственного разрешения на уровне отдельных атомов, что является значительным достижением по сравнению с традиционными оптическими микроскопами, ограниченными длиной волны видимого света.

Итак, основываясь на этих принципах, СТМ предоставляет возможности для детального изучения строения материалов на атомарном уровне, что имеет огромную значимость в физических, химических и материаловедческих исследованиях.