誘電体中のトンネル電流（STMを用いて）

質問

STMについて質問です。

STMは真空中を流れるトンネル電流によって情報を得ており、
このとき、電子にとって真空層がポテンシャル障壁になっていると思います。

STM探針からの電子のトンネルが起こるためには、
探針－試料間に印加した電圧によって局所電界が生じ、
これによってポテンシャル障壁が低くなることでトンネル可能になる、と理解しています。

ここで質問なのですが、真空層ではなく誘電体が満ちていたとしたら
トンネル電流の大きさは真空層の場合とどのように変わるのでしょうか。

液体中でSTMを使用する環境を思い浮かべてもらえればと思います。

誘電体のせいで局所電場の値が変わるような気がするのですが、
どう議論すべきか分からなくなってしまいました。

散漫な文章になってしまいましたが、
どなたかご存じの方がいらっしゃいましたらよろしくお願い致します。

回答No.1

eatern27 · ベストアンサー

バイアスを変えても基本的にはポテンシャル障壁は変わりません。

バイアスを変えて制御しているのは、探針と試料のフェルミエネルギー(化学ポテンシャル)の差です。
フェルミエネルギーに差があると、
http://hoffman.physics.harvard.edu/research/STMtechnical.php
のFig.1のIIの範囲の電子の数(＝トンネルできる電子の数)が変わるので、トンネル電流が変わるんです。

試料-探針の間を何らかの物質で満たした場合にはトンネル確率が変わります。
主にポテンシャル障壁の高さと電子の有効質量が変わった事に由来すると考えていいでしょう。
例えば絶縁体が間にある場合には伝導帯の位置がポテンシャル障壁の高さの位置になります。

真空の時よりトンネル電流がどう変化するかは、多分物質依存じゃないかな、と思います。

お礼

御回答ありがとう御座います。

間に絶縁体がある場合は仕事関数ではなく、
絶縁体の伝導帯とフェルミエネルギーの差をポテンシャルとして考える。
確かに納得できました。

ポテンシャルのバイアス依存の話のソースはSTM関連の本からで、
STM探針の先端の曲率によって局所電場がE=V/(ra) a:曲率　となり、
探針が鋭いほど電子がトンネルしやすいと書いてあったことに由来しています。
ですが、今自分が考えている系では回答者様のご意見の方が重要でした。

有難う御座いました。