5. BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN
2.4.3.2. Hiệu ứng xuyên hầm
Hiệu ứng xuyên hầm là hiệu ứng cơ học lượng tử. Một electron với năng lượng E có thể xuyên qua hàng rào thế năng E. Hàm sóng mô tả trạng
thái lượng tử của electron phân rã theo hàm mũ ở vùng cấm theo phương trình:
Trong đó:
m: khối lượng của electron.
ħ: hằng số Planck rút gọn, ħ = h/2π = 1.05 x 10-34 J.s. : năng lượng vùng cấm/hàng hào thế năng (eV).
z: khoảng cách của vùng cấm.
Trong phép đo STM, khi đầu dò tiếp cận bề mặt mẫu đến một khoảng cách nhất định (khoảng vài Angstron), hàm sóng của các electron ở đầu dò và mẫu xen phủ nhau tại vùng cấm giữa đầu dò và mẫu (Hình 2.18 và Hình 2.19).
Hình 2.18: Sự tương tác giữa đầu dò và bề mặt mẫu.
Dòng điện xuyên hầm It có thể được tính bằng cách xem xét mật độ trạng thái (DOS) gần với mức Fermi nhất của mẫu, (EF), như sau:
Dòng điện xuyên hầm tỷ lệ thuận với mật độ trạng thái bề mặt (LDOS) tại mức Fermi của đầu dò. Mức độ được đánh giá tại vị trí của đỉnh. Lý thuyết này dựa trên cơ sở các giả định như Ubias nhỏ, nhiệt độ thấp và đầu dò được biểu diễn bởi phương trình hàm sóng của electron s. Mối quan hệ giữa dòng điện xuyên hầm It, điện thế Ubias và khoảng cách z giữa đầu dò - mẫu được biểu diễn như sau:
Như vậy, dòng xuyên hầm It giảm theo hàm số mũ của khoảng cách z, dẫn đến độ phân giải của hình ảnh STM theo trục z rất cao. Theo đó, dòng điện xuyên hầm sẽ thay đổi một bậc nếu khoảng cách đầu dò - bề mặt thay đổi 1 Å. Nếu dòng điện thay đổi trong phạm vi 2% thì khoảng cách đầu dò - bề mặt vẫn không đổi với sai số khoảng 0.01%. Nếu khoảng 90% dòng điện xuyên hầm có thể xuyên qua giữa nguyên tử ngoài cùng của đầu dò và nguyên tử gần nhất tại bề mặt (so với đầu dò) thì hệ có thể do được những nguyên tử trên bề mặt có kích thước khoảng 2 Å .