Tunnelstrom
Warum ist der Tunneleffekt für den Stromfluss notwendig?
Im Rastertunnelmikroskop (STM) berühren sich die metallische Spitze und die Probe nicht. Zwischen ihnen befindet sich ein sehr kleiner Vakuumspalt von nur wenigen Atomdurchmessern. Nach klassischer Physik dürfte in diesem Fall kein elektrischer Strom fließen, da Elektronen den leeren Raum nicht überqueren könnten.
Durch den Tunneleffekt können Elektronen jedoch durch den Vakuumspalt tunneln, wenn eine elektrische Spannung zwischen Spitze und Probe angelegt wird. Dabei entsteht ein Tunnelstrom, dessen Stärke extrem empfindlich vom Abstand zwischen Spitze und Oberfläche abhängt. Schon eine Änderung des Abstands um den Durchmesser eines einzelnen Atoms verändert den Strom messbar. Genau diese Eigenschaft ermöglicht es, Oberflächen mit atomarer Auflösung abzutasten (Binnig & Rohrer, 1982;1 Welt der Physik, o. J.2).
Ohne den Tunneleffekt gäbe es im STM keinen Stromfluss und damit auch keine Möglichkeit, atomare Strukturen oder einzelne Moleküle sichtbar zu machen oder gezielt zu beeinflussen. Der Tunneleffekt ist somit die physikalische Grundlage für die Funktionsweise der Rastertunnelmikroskopie und vieler moderner Nanotechnologien.