在微觀世界裡，量子力學的定律引發了奇特的現象，在一定條件下電子可以穿過勢壘向真空發射，這稱為“真空隧穿”。實際上電子還可以神奇地穿過薄的絕緣層，這在經典力學中更是不可想像的。如果兩個金屬電極之間有一個極薄的絕緣層(這個絕緣層可以用現代的技術得到，約1納米厚)，被稱為“隧道結(tunneljunction)”。
基本介紹
- 中文名：真空隧穿
- 外文名：Vacuum tunneling
- 釋義：電子可以穿過勢壘向真空發射
- 套用：檢測懸樑的偏轉
隧穿的概念,真空隧穿法檢測懸樑的偏轉,
隧穿的概念
當電子或其它微觀粒子(例如質子和中子等)從勢壘的一邊入射時，即使它們不具有足夠的動能從勢壘頂部翻越過勢壘，它們仍然能夠在勢壘入射的一邊消失而在勢壘的另一邊出現．這種現象形象地稱之為微觀粒子隧道貫穿通過勢壘或隧穿勢壘．但要注意：在一般情況下只有當勢壘寬度與微觀粒子的德布洛意波長可比擬時，隧穿勢壘的現象才顯著得可以被觀測到。
微觀粒子隧穿勢壘是粒子波動性的一種表現，根據量子力學的基本原理，表示微觀粒子狀態的波函式將延展到整個空間，它們在那些勢能有限不連續點處也是光滑連續的．因此，雖然粒子的動能小於勢壘的高度，它們仍然可以出現在按照經典力學是禁戒的勢壘區域內並穿過勢壘區，於是隧穿勢壘現象就發生了，必須強調的是隧穿過程遵從能量守恆和動量(或準動量)守恆定律。
真空隧穿法檢測懸樑的偏轉
由真空間隙分開的兩個金屬電極之間的隧道電流的變化是每埃一個數量級。因此，真空隧穿可提供一種探測微位移的極端靈敏的方法。由Binnig，Quate和Gerber(1986)演示的第一個AFM，就利用真空隧穿來探測懸臂的偏轉。
具有隧道偏轉探測器的AFM的示意圖見下圖。
真空隧穿法檢測懸樑的偏轉一個具有針尖的柔軟而能回復原位的桿子夾在樣品與另一個針尖之間，第二個針尖用於隧道過程。除了樣品的x，y和z1掃描器之外，另一個壓電元件z2用以控制隧道針尖(針尖2)和桿子背面之間的距離。用一個粗調定位機構(未表示)和2壓電元件，對力靈敏的針尖(針尖1)與樣品表面進入輕度接觸，而隧道針尖對桿子背面進入真空隧穿的探測距離。當樣品作光柵掃描時，針尖2與桿子之間的隧道電流與一個參考電流作比較，其差值作為對2。壓電元件的反饋訊號。事實上，如要求隧道電流是一個定值，則懸臂的偏轉以及作用在桿子上的力就保持恆定。
