Skaneerivad tunneldava elektronmikroskoopia rakendused
Tunnelmikroskoobi põhimõte on kavalalt ära kasutada füüsilist tunneliefekti ja tunnelivoolu. Metallkehas on suur hulk "vabu" elektrone ja nende "vabade" elektronide energiajaotus metallkehas on koondunud Fermi taseme lähedale ning seal on potentsiaalse barjäär, mille energia on kõrgem kui Fermi tase. metalli piir. Seetõttu võivad klassikalise füüsika vaatenurgast metalli seest väljapoole pääseda "vabad" elektronid metallis, ainult need elektronid, mille energia on piirbarjäärist kõrgem. Kvantmehaanika põhimõtete kohaselt on aga metallides vabadel elektronidel ka lainelised omadused ja kui see elektronlaine levib metalli piirini ja puutub kokku pinnabarjääriga, kandub osa sellest edasi. See tähendab, et mõned elektronid, mille energia on madalam kui pinnapotentsiaalibarjäär, võivad tungida läbi metalli pinnapotentsiaalibarjääri ja moodustada metalli pinnale "elektronipilve". Seda efekti nimetatakse tunneldamiseks. Seega, kui kaks metalli on vahetus läheduses (vähem kui paar nanomeetrit), tungivad kahe metalli elektronpilved üksteisest läbi. Sobiva pinge rakendamisel liigub vool ühest metallist teise, isegi kui need kaks metalli tegelikult kokku ei puutu. Seda voolu nimetatakse tunnelivooluks.
Tunneli vool ja tunneli takistus on tunnelipilu muutuste suhtes väga tundlikud. Isegi 0,01 nm muutus tunnelipilus võib põhjustada olulisi muutusi tunneli voolus.
Kui pinnaga paralleelselt x- ja y-suunas skaneerimiseks kasutatakse väga teravat sondi (nt volframnõela) mõne kümnendiku nanomeetri kõrgusel proovi siledast pinnast, kuna igal aatomil on teatud suurus, Tunneli keskmine vahe varieerub x-i ja y-ga ning ka sondi läbiv tunnelivool on erinev. Tunnelvooludes võivad peegelduda isegi mõne sajandik nanomeetri suurused kõrguse kõikumised. Tunnelvoolu muutuste fikseerimiseks kasutatakse skaneeriva sondiga sünkroniseeritud salvestit ning skaneeriva tunnelelektronmikroskoobi kujutist saab mõnesajandiku nanomeetrise lahutusvõimega.
