Апликације за скенирање тунелске електронске микроскопије
Принцип тунелског микроскопа је да паметно користи ефекат физичког тунелирања и тунелске струје. У металном телу постоји велики број „слободних“ електрона, а расподела енергије ових „слободних“ електрона у металном телу је концентрисана близу Фермијевог нивоа, а постоји потенцијална баријера са енергијом већом од Фермијевог нивоа на метална граница. Стога, из перспективе класичне физике, „слободни“ електрони у металу, само они електрони чија је енергија већа од граничне баријере, могу да побегну из унутрашњости метала ка споља. Међутим, према принципима квантне механике, слободни електрони у металима имају и таласна својства, а када се овај електронски талас шири до границе метала и наиђе на површинску баријеру, део ће се пренети. Односно, неки електрони са енергијом нижом од површинске потенцијалне баријере могу продрети кроз потенцијалну баријеру површине метала и формирати "електронски облак" на површини метала. Овај ефекат се назива тунелирање. Дакле, када су два метала у непосредној близини (мање од неколико нанометара), електронски облаци два метала ће продрети један у други. Када се примени одговарајући напон, чак и ако два метала нису стварно у контакту, струја ће тећи од једног метала до другог. Ова струја се зове тунелска струја.
Тунелска струја и тунелски отпор су веома осетљиви на промене у процепу тунела. Чак и промена од 0.01 нм у процепу тунела може да изазове значајне промене у тунелској струји.
Ако се веома оштра сонда (као што је волфрамова игла) користи за скенирање паралелно са површином у к и и правцима на висини од неколико десетина нанометара удаљеној од глатке површине узорка, пошто сваки атом има одређену величину, Размак у средњем тунелу ће варирати са к и и, а струја тунела која тече кроз сонду ће такође бити различита. Чак и варијације висине од неколико стотинки нанометра могу се одразити на тунелске струје. За снимање промена тунелске струје користи се снимач синхронизован са сондом за скенирање и може се добити слика скенирајућег тунелског електронског микроскопа резолуције неколико стотинки нанометара.
