Pásztázó alagút-elektronmikroszkópos alkalmazások
Az alagútmikroszkóp elve a fizikai alagúthatás és az alagútáram okos felhasználása. A fémtestben nagyszámú "szabad" elektron található, és ezen "szabad" elektronok energiaeloszlása a fémtestben a Fermi-szint közelében koncentrálódik, és van egy potenciálgát, amelynek energiája magasabb, mint a Fermi-szint. a fém határ. Ezért a klasszikus fizika szemszögéből a fémben lévő "szabad" elektronok csak azok az elektronok tudnak kijutni a fém belsejéből kifelé, amelyek energiája nagyobb, mint a határgát. A kvantummechanika elvei szerint azonban a fémekben lévő szabad elektronok hullámtulajdonságokkal is rendelkeznek, és amikor ez az elektronhullám a fémhatárig terjed, és felületi gáttal találkozik, akkor annak egy része át fog terjedni. Vagyis néhány, a felületi potenciálgátnál alacsonyabb energiájú elektron áthatol a fémfelületi potenciálgáton, és "elektronfelhőt" képezhet a fémfelületen. Ezt a hatást alagútnak nevezik. Tehát ha két fém közel van egymáshoz (néhány nanométernél kevesebb), a két fém elektronfelhői áthatolnak egymáson. Ha megfelelő feszültséget alkalmazunk, akkor is áram folyik egyik fémről a másikra, még ha a két fém nem is érintkezik igazán. Ezt az áramot alagútáramnak nevezzük.
Az alagútáram és az alagút ellenállása nagyon érzékeny az alagútrés változásaira. Még az alagútrés 0,01 nm-es változása is jelentős változásokat okozhat az alagútáramban.
Ha nagyon éles szondával (például wolframtűvel) a felülettel párhuzamosan szkennelünk x és y irányban néhány tized nanométer magasságban a sima mintafelülettől, mivel minden atomnak van egy bizonyos mérete, A középső alagútrés x és y függvényében változik, és a szondán átfolyó alagútáram is eltérő lesz. Még a néhány század nanométeres magasságváltozások is tükröződhetnek az alagútáramokban. A pásztázó szondával szinkronizált rögzítő segítségével rögzítik az alagútáram változásait, és néhány század nanométeres felbontású pásztázó alagút elektronmikroszkóp képe nyerhető.
