scanning tunneling microscop (STM) este utilizat pe scară largă în cercetarea industrială și fundamentală pentru a obține imagini la scară atomică a suprafețelor metalice. Oferă un profil tridimensional al suprafeței, care este foarte util pentru caracterizarea rugozității suprafeței, observarea defectelor de suprafață și determinarea dimensiunii și conformației moleculelor și agregatelor de pe suprafață. Exemple de cercetări avansate care utilizează STM sunt furnizate de studiile actuale din grupul de fizică electronică de la NIST și de la laboratoarele IBM. Mai multe alte microscopii de scanare recent dezvoltate utilizează, de asemenea, tehnologia de scanare dezvoltată pentru STM.

norul de electroni asociat atomilor de metal la o suprafață se extinde la o distanță foarte mică deasupra suprafeței. Când un vârf foarte ascuțit-în practică, un ac care a fost tratat astfel încât un singur atom să se proiecteze de la capătul său-este adus suficient de aproape de o astfel de suprafață, există o interacțiune puternică între norul de electroni de pe suprafață și cel al atomului vârfului și un curent electric de tunel curge atunci când se aplică o tensiune mică. La o separare a câtorva diametre atomice, curentul de tunelare crește rapid pe măsură ce distanța dintre vârf și suprafață scade. Această schimbare rapidă a curentului de tunel cu distanța are ca rezultat rezoluția atomică dacă vârful este scanat pe suprafață pentru a produce o imagine.Russell D. Young, de la Biroul Național de standarde, a fost prima persoană care a combinat detectarea acestui curent de tunel cu un dispozitiv de scanare pentru a obține informații despre natura suprafețelor metalice. Instrumentul pe care l-a dezvoltat între 1965 și 1971, Topografiner, a modificat separarea dintre vârf și suprafață (z) astfel încât, la tensiune constantă, curentul de tunelare (sau, la curent constant, tensiunea de tunelare) a rămas constant pe măsură ce vârful a fost scanat peste suprafață. Coordonatele X, y și z ale vârfului au fost înregistrate. (Pentru detalii cu privire la proiectarea și funcționarea Topografiner, a se vedea referințele date în bibliografie.) Același principiu a fost folosit ulterior în microscopul de tunel de scanare. Bariera rămasă în calea dezvoltării instrumentului respectiv a fost necesitatea unei izolări mai adecvate a vibrațiilor, pentru a permite poziționarea stabilă a vârfului deasupra suprafeței. Această problemă dificilă în proiectarea mecanică a fost depășită prin munca lui Gerd Binnig și Heinrich Rohrer, laboratorul de cercetare IBM, Zurich, Elveția, care în 1986 au participat la Premiul Nobel pentru Fizică pentru descoperirea rezoluției atomice în microscopia de scanare a tunelurilor. În anunțarea Premiului, Academia regală suedeză de științe a recunoscut studiile de pionierat ale lui Russell Young.

Bibliografie

R. D. Young, Rev.Sci. Instrument. 37, 275 (1966). R. D. Young, Fizica Astăzi 24, 42 (Nov. 1971). R. Young, J. Ward și F. Scire, Phys. Rev. Lett. 27, 922 (1971). R. Young, J. Ward și F. Scire, Rev. Sci. Instrument. 43, 999 (1972).