Primjena skenirajuće tunelske elektronske mikroskopije
Princip tunelskog mikroskopa je da pametno koristi efekat fizičkog tuneliranja i tunelske struje. Postoji veliki broj "slobodnih" elektrona u metalnom tijelu, a distribucija energije ovih "slobodnih" elektrona u metalnom tijelu je koncentrisana blizu Fermijevog nivoa, a postoji potencijalna barijera sa energijom višom od Fermijevog nivoa na metalna granica. Stoga, iz perspektive klasične fizike, "slobodni" elektroni u metalu, samo oni elektroni čija je energija viša od granične barijere, mogu pobjeći iz unutrašnjosti metala prema van. Međutim, prema principima kvantne mehanike, slobodni elektroni u metalima imaju i valna svojstva, a kada se ovaj elektronski val širi do granice metala i naiđe na površinsku barijeru, dio će se prenijeti. Odnosno, neki elektroni sa energijom nižom od površinske potencijalne barijere mogu prodrijeti kroz potencijalnu barijeru površine metala i formirati "elektronski oblak" na površini metala. Ovaj efekat se naziva tuneliranje. Dakle, kada su dva metala u neposrednoj blizini (manje od nekoliko nanometara), elektronski oblaci dva metala će prodrijeti jedan u drugi. Kada se primeni odgovarajući napon, čak i ako dva metala nisu stvarno u kontaktu, struja će teći od jednog metala do drugog. Ova struja se zove tunelska struja.
Tunelska struja i tunelski otpor vrlo su osjetljivi na promjene u tunelskom procjepu. Čak i promjena od 0.01nm u tunelskom razmaku može uzrokovati značajne promjene u tunelskoj struji.
Ako se vrlo oštra sonda (kao što je volframova igla) koristi za skeniranje paralelno s površinom u x i y smjerovima na visini od nekoliko desetina nanometara udaljenoj od glatke površine uzorka, budući da svaki atom ima određenu veličinu, Srednji tunelski jaz će varirati sa x i y, a struja tunela koja teče kroz sondu će takođe biti različita. Čak i varijacije visine od nekoliko stotinki nanometra mogu se odraziti na tunelske struje. Rekorder sinhronizovan sa sondom za skeniranje koristi se za snimanje promena tunelske struje, a može se dobiti slika skenirajućeg tunelskog elektronskog mikroskopa rezolucije nekoliko stotinki nanometara.
