掃描隧道顯微鏡的原理介紹：1、量子隧穿效應(yīng)
根據(jù)經(jīng)典力學(xué)的理論，如果一個勢壘高于電子的能量，那么這個電子無法越過此勢壘。然而在量子力學(xué)中，由于電子具有波粒二象性，該電子具有一定的可能性穿過這個勢壘，這個現(xiàn)象被稱為量子隧穿效應(yīng)。
掃描隧道顯微鏡則利用遂穿效應(yīng)，當(dāng)樣品表面和針尖之間的距離小于1nm時，樣品表面電子云和針尖的電子云會有一部分重合，此時若在它們之間施加電壓，那么在針尖和材料表面之間會產(chǎn)生電流，這就是隧道電流。隧道電流的大小與針尖到樣品表面的距離呈指數(shù)關(guān)系，當(dāng)針尖與樣品表面的距離發(fā)生一個微小的變化時，隧道電流的強(qiáng)度會產(chǎn)生幾個數(shù)量級的變化，從而實現(xiàn)掃描隧道顯微鏡超高的原子級分辨率。
2、壓電效應(yīng)
為了實現(xiàn)掃描隧道顯微鏡原子級的高分辨率，需要對探針的位置和探針到樣品的距離進(jìn)行精確的控制，這就利用到了壓電效應(yīng)。壓電效應(yīng)是指當(dāng)對壓電材料的兩端施加一個電壓時，此材料會發(fā)生相應(yīng)的形變。掃描隧道顯微鏡利用該原理，對壓電陶瓷兩端施加不同的電壓，使陶瓷發(fā)生形變，從而實現(xiàn)對針尖位置的精確控制和改變。