Tünellem etkisinin teknik uygulamasına dair bir not dşmek istiyorum. Varsayalım pozitif elektrik yüküne sahip, son derece sivri bir iğneyi negatif elektrik yüküne sahip bir metal yüzeye yaklaştırıyorsunuz. İğne yeterli mesafeye sahipse metal yüzeyle arasında elektriksel alan oluşur ama kım meydana gelmez. Ancak iğne yüzeye iyice yaklaştığında akım geçmeye başlar. Sebehi biliyor musunuz? Tünelleme etkisi bunu mümkün kılıyor.
Metal yüzeydeki elektronların bazıları iğneye ulaşmak için tünelleme etkisini kullanır. Klasik fizikte buna izin verilmese de kuantum mekaniğinde tünelleme mümkündür. Tünelleme sonucunda elektrik akımı meydana gelir, iğne metal yüzeyden biraz uzaklaştığındaysa akım kaybolur. Bu sayede tünelleme etkisi, iğnenin metalden ne uzaklıkta olduğunu kesin olarak söyleyebilir.
Bu etkiyi son derece ilginç uygulama alanlarında kullanmak mümkündür: İğneyle bir metalin yüzeyi, hem de atom düzeyinde ayrıntılı biçimde incelenebilir. Yüzey fiziği ve yüzey kimyası alanlarında bir numunenin yüzeyini görüntülemek için hidrojen atomu büyüklüğünde mesafede ölçebilen tünel mikroskobu kullanılır. Ölçüm işlemi için iletken bir iğne, incelenecek nesnenin yine iletken yüzeyi üzerinde sistemli şekilde gezdirilir. Bu sırada iğneyle nesnenin yüzeyi elektriksel olarak temas etmemektedir. Aralarındaki yalıtkan malzeme nedeniyle makro düzeyde bakıldığında aralarında kesintisiz bir elektrik akımı oluşmaz aslında. Ama iğne yüzeye atom ölçeğinde yaklaştırıldığında, tünelleme etkisi nedeniyle elektron alışverişi, yani bir tünel akımı meydana gelir. Akımın yoğunluğu mesafenin negatif üssüne bağlı olarak değişiklik gösterdiğinde akım, en küçük akım değişliklerine bile tepki verecek hassasiyettedir.
Nesnenin yüzeyinin taranması sırasında iğnenin yüzeye olan mesafe olan mesafesi hassas bir mekanik düzenekyardımıyla, tüm hareket boyunca tünel akımı sabit kalacak şekilde ayarlanır. Bu sayede iğne ucu yüzeyin "yükselti profilini" takip eder ve elde edilen sinyal kullanılarak yüzeyin bir imgesi çıkarılır. Tünel mikroskobunun çalışma ilkesi, nesneyle iğne ucu arasında bir akım gerektirdiğinden, sadece iletken maddeler, örneğin metaller tünel mikroskobunda incelenebilir.
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder