고속 주사 현미경(주사 터널링 현미경-STM)

2. 원리

전자는 입자인 동시에 파동성을 띠는 이중성을 가지고 있어서 일정한 진폭을 가지고 물결이 이동하듯 진행한다. 만약 전자가 직선적으로 이동한다면 진행 경로 상에 전자수준의 작은 물체가 있다면 이를 통과하지 못할 것이지만, 물결이 흐르듯 파동 함수의 형태로 진행하기 때문에 물체를 우회해서 통과할 수가 있다.(그림1) 주사터널링현미경은 이러한 전자의 특성을 이용해, 바늘처럼 생긴 뾰족한 탐침으로부터 시료를 향해 전자를 쏘아주고, 이 때 전자가 시료를 통과하는 정도를 파악하여 시료의 구조를 알려준다.

가느다란 텅스텐 선을 전기 화학적으로 식각시키면 그 끝이 아주 뾰족하게 되어 맨 끝에는 원자 몇 개만이 남게 된다. 이처럼 예리한 바늘을 고온에서 강한 전기장으로 더욱 예민하고 하고 부식 중에 생긴 산화막을 없애면 훌륭한 STM 탐침이 된다. 이처럼 탐침을 전도체인 시료 표면에 원자 한두 개 크기의 간격(~0.5nm)으로 가까이 접근시키면 비록 두개의 도체가 떨어져 있지만 그 간격이 아주 작아서 양단 간에 적당한 전압을 걸어주면 전자가 에너지벽을 뚫고 지나가 전류가 흐르는 양자역학적 터널링 현상이 일어난다.(그림4.1)

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