Как работает сканирующий туннельный микроскоп в условиях сверхвысокого вакуума?

Принцип работы сканирующего туннельного микроскопа (СТМ) в условиях сверхвысокого вакуума основан на концепции квантового туннелирования. 1

Процесс происходит так: 1

1. Наконечник подносят очень близко к исследуемой поверхности. 1
2. Между наконечником и образцом подают напряжение смещения. 1
3. Сканер постепенно удлиняется до тех пор, пока наконечник не начнёт получать туннельный ток. 1
4. Расстояние между наконечником и образцом поддерживают в диапазоне 0,4–0,7 нм. 1
5. Как только туннелирование установлено, смещение образца и положение наконечника относительно образца изменяют в соответствии с требованиями эксперимента. 1
6. Когда наконечник перемещается по поверхности, изменения высоты поверхности и населённости электронных состояний вызывают изменения туннельного тока. 1
7. Цифровые изображения поверхности формируют одним из двух способов: в режиме постоянной высоты изменения туннельного тока отображаются напрямую, или в режиме постоянного тока регистрируют напряжение, которое управляет высотой наконечника, пока туннельный ток поддерживается на заданном уровне. 1

Сверхвысокий вакуум необходим, чтобы предотвратить загрязнение образца окружающей средой. 3 Только так можно обеспечить чистоту объекта в отсутствие посторонних атомов и молекул. 5