scanning tunneling microscope (STM) on laajalti käytössä sekä teollisessa että perustutkimuksessa atomitason kuvien saamiseksi metallipinnoista. Se tarjoaa pinnan kolmiulotteisen profiilin, joka on erittäin hyödyllinen pinnan karheuden luonnehtimisessa, pintavirheiden havainnoimisessa ja molekyylien ja aggregaattien koon ja konformaation määrittämisessä pinnalla. Esimerkkejä STM: ää käyttävästä edistyneestä tutkimuksesta ovat nykyiset tutkimukset Elektronifysiikan ryhmässä NIST: ssä ja IBM: n laboratorioissa. Myös useat muut hiljattain kehitetyt skannausmikroskoopit käyttävät STM: lle kehitettyä skannaustekniikkaa.
metalliatomeihin liittyvä elektronipilvi ulottuu pinnalla hyvin pienen matkan pinnan yläpuolelle. Kun hyvin terävä kärki-käytännössä neula, joka on käsitelty niin, että yksi atomi projisoituu sen päästä-tuodaan riittävän lähelle tällaista pintaa, syntyy voimakas vuorovaikutus pinnalla olevan elektronipilven ja kärkiatomin välillä, ja sähköinen tunnelointivirta virtaa pienen jännitteen kohdistuessa. Muutaman atomihalkaisijan erossa tunnelointivirta kasvaa nopeasti kärjen ja pinnan välisen etäisyyden pienentyessä. Tämä nopea tunnelointivirran muutos etäisyyden mukana johtaa atomiresoluutioon, jos kärki skannataan pinnan yli kuvan tuottamiseksi.
Russell D. Young National Bureau of Standardsista oli ensimmäinen henkilö, joka yhdisti tunnelointivirran havaitsemisen skannauslaitteeseen saadakseen tietoa metallipintojen luonteesta. Hänen vuosina 1965-1971 kehittämänsä laite, Topografinaattori, muutti kärjen ja pinnan erottelua (z) siten, että Jatkuvalla jännitteellä tunnelointivirta (tai vakiovirralla tunnelointijännite) pysyi vakiona, kun kärki skannattiin pinnan yli. Kärjen X -, y-ja z-koordinaatit tallentuivat. (Tarkempia tietoja Topografin suunnittelusta ja toiminnasta löytyy kirjallisuusluettelosta.) Samaa periaatetta käytettiin myöhemmin skannaustunnelointimikroskoopissa. Jäljellä oleva este kyseisen laitteen kehitykselle oli tarve riittävämpään tärinän eristämiseen, jotta kärki voitiin sijoittaa vakaasti pinnan yläpuolelle. Tämän mekaanisen suunnittelun vaikean ongelman ratkaisivat Gerd Binnig ja Heinrich Rohrer IBM: n tutkimuslaboratoriosta Zürichistä Sveitsistä.he saivat vuonna 1986 Nobelin fysiikanpalkinnon löydettyään atomiresoluution tunnelointimikroskopiassa. Tiedotteessaan palkinnosta Ruotsin kuninkaallinen tiedeakatemia tunnusti Russell Youngin uraauurtavat tutkimukset.
bibliografia
R. D. Young, Rev. Sci. Instrum. 37, 275 (1966). R. D. Young, Physics Today 24, 42 (Marras. 1971). R. Young, J. Ward ja F. Scire, Phys. Pastori Lett. 27, 922 (1971). R. Young, J. Ward ja F. Scire, Rev. Sci. Instrum. 43, 999 (1972).