Quang phổ bão hòa là phương pháp mà theo đó năng lượng chính xác của quá trình chuyển đổi hyperfine trong một nguyên tử có thể được tìm thấy. Khi ánh sáng đơn sắc chiếu qua một nguyên tử, bề mặt hấp thụ được mở rộng do Doppler mở rộng. Quang phổ bão hòa cho phép doppler mở rộng đỉnh để được giải quyết để có thể tìm thấy sự chuyển tiếp chính xác.
Hơn một thập kỷ sau lần chứng minh đầu tiên về sự cháy lỗ quang phổ (hoặc sự nhúng bóng của Lamb, kết quả của quá trình hấp thụ bão hòa) bên trong khoang laser HeNe ở 1,1 μm năm 1962, phần lớn nghiên cứu quang phổ SA được thực hiện bằng laser và phân tử khí trong giữa hồng ngoại.
Nhưng vì SA đòi hỏi cường độ laser cao, và các phân tử khí thường truyền lan rộng các phổ hấp thụ mạnh chỉ ở giữa hồng ngoại, trong khi các laser compact trung gian thu nhỏ được phát triển chậm, kỹ thuật SA không được sử dụng rộng rãi cho hóa học phân tử phân tích ngoài phương pháp đo lường chính xác, chỉ được giới hạn trong bước sóng riêng của laser HeNe và CO2 và số lượng giới hạn của các phân tử.
Máy quét quang phổ đường hầm (STS), một phần mở rộng của kính hiển vi đường hầm quét (STM), được sử dụng để cung cấp thông tin về mật độ electron trong một mẫu theo chức năng của năng lượng.
Trong việc quét kính hiển vi đường hầm, một đầu kim loại được di chuyển qua một mẫu dẫn điện mà không cần làm tiếp xúc cơ học. Điện thế lệch giữa mẫu và đầu cho phép dòng chảy giữa mũi và mẫu mặc dù chúng không tiếp xúc. Điều này có thể xảy ra do hầm cơ học lượng tử, do đó tên của nhạc cụ.
Các kính hiển vi quét đường hầm được sử dụng để có được “bản đồ” – bản đồ địa hình – của bề mặt. Đầu được làm mờ trên bề mặt và (trong chế độ hiện tại không đổi), một dòng điện liên tục được duy trì giữa mũi và mẫu bằng cách điều chỉnh chiều cao của đầu. Một âm mưu của chiều cao tip tại tất cả các vị trí đo trên raster cung cấp topograph. Những hình ảnh địa hình này có thể thu được các thông tin được giải quyết bằng nguyên tử, và hình ảnh bề mặt kim loại và bán dẫn có thể đạt được với độ chính xác nguyên tử.
Tuy nhiên, kính hiển vi quét đường hầm không đo chiều cao của các tính năng bề mặt. Điều này có thể được hiển thị khi phân tử được hấp phụ trên bề mặt. Hình ảnh STM dường như có chiều cao tăng hoặc giảm tại tính năng đó, mặc dù hình học một mình chắc chắn là chiều cao tăng lên. Một phân tích chi tiết về cách hình thành một hình ảnh cho thấy việc truyền tải điện giữa mũi và mẫu phụ thuộc vào hai yếu tố: (1) hình học của mẫu và (2) sự sắp xếp của các điện tử trong mẫu vật. Sự sắp xếp của các điện tử trong mẫu được mô tả bằng cơ học bằng lượng tử “mật độ điện tử”. Mật độ electron là một chức năng của cả vị trí và năng lượng, và được mô tả chính thức là mật độ địa hạt của các điện tử, được viết tắt là mật độ của các trạng thái (LDOS), là một chức năng của năng lượng.
Quang phổ học, theo nghĩa chung nhất của nó, dùng để chỉ một phép đo số lượng thứ gì đó như là một chức năng của năng lượng. Để quét quang phổ hầm, kính hiển vi đường hầm quét được sử dụng để đo số lượng các điện tử (LDOS) như là một chức năng của năng lượng electron. Năng lượng điện tử được xác định bằng điện thế điện áp giữa mẫu và đầu. Vị trí được đặt bằng vị trí của đầu.
Đơn giản nhất của nó, một “quang phổ đường hầm quét” được thu được bằng cách đặt một mũi kính hiển vi quét đường hầm trên một vị trí cụ thể trên mẫu. Với chiều cao của đầu cố định, dòng điện hầm điện tử sau đó được đo bằng năng lượng điện tử bằng cách thay đổi điện áp giữa mũi và mẫu (đầu cho đến điện áp mẫu đặt năng lượng electron). Sự thay đổi dòng điện với điện năng của các electron là phổ đơn giản nhất có thể thu được, nó thường được gọi là đường cong I-V. Như được trình bày dưới đây, nó là độ dốc của đường cong IV ở mỗi điện áp (thường được gọi là dI / dV-curve), điều này căn bản hơn bởi vì dI / dV tương ứng với mật độ electron của các trạng thái tại vị trí địa phương của đầu, LDOS.