走査型トンネル顕微鏡(STM)は、金属表面の原子スケールの画像を得るために、工業的および基礎的研究の両方で広く使用されています。 これは、表面粗さの特徴付け、表面欠陥の観察、および表面上の分子および凝集体のサイズおよび立体配座の決定に非常に有用な表面の三次元プロフ STMを用いた先進的な研究の例は、NISTの電子物理学グループとIBM研究所の現在の研究によって提供されています。 他のいくつかの最近開発された走査顕微鏡はまた、STMのために開発された走査技術を使用しています。

表面の金属原子に関連する電子雲は、表面の上に非常に小さな距離を伸ばしています。 非常に鋭い先端（実際には、単一の原子が端から突出するように処理された針）をそのような表面に十分に近づけると、表面の電子雲と先端原子の間に強い相互作用があり、小さな電圧が印加されると電気トンネル電流が流れる。 数原子直径の分離では，トンネル電流は先端と表面の間の距離が減少するにつれて急速に増加する。 このトンネル電流の距離による急速な変化は、チップを表面上でスキャンして画像を生成すると原子分解能をもたらします。

国立標準局のRussell D.Youngは、金属表面の性質に関する情報を得るために、このトンネル電流の検出と走査装置を組み合わせた最初の人でした。 彼が1965年から1971年の間に開発した機器、Topografinerは、チップと表面（z）の間の分離を変更し、一定の電圧では、トンネル電流（または、一定の電流では、トンネル電圧）は、チップが表面上でスキャンされたときに一定のままであった。 チップのx、y、およびz座標を記録した。 （Topografinerの設計と操作の詳細については、参考文献に記載されている参考文献を参照してください。）同じ原理は、後に走査型トンネル顕微鏡で使用されました。 その器械の開発への残りの障壁は表面の上の先端の安定した位置を可能にするためにより十分な振動分離のための必要性、だった。 機械設計におけるこの困難な問題は、1986年に走査型トンネル顕微鏡における原子分解能の発見によりノーベル物理学賞を受賞したゲルト-ビニヒとハインリッヒ-ローラーの研究によって克服された。 この賞の発表で、スウェーデン王立科学アカデミーはラッセル-ヤングの先駆的な研究を認めた。

参考文献

R.D.Young,Rev.Sci. ——— 37, 275 (1966). R.D.Young,Physics Today24,42(Nov. 1971). R.Young,J.Ward,およびF.Scire,Phys. レット牧師 27, 922 (1971). R.Young,J.Ward,およびF.Scire,Rev.Sci. ——— 43, 999 (1972).