Un microscopio a effetto tunnel (STM) è un tipo innovativo di microscopio che, invece di utilizzare la luce riflettente come i microscopi ottici convenzionali, utilizza il tunneling quantistico tra un campione e la punta di una sonda per visualizzare la superficie. Le risoluzioni ottenute da un STM possono raggiungere una risoluzione laterale di 0.1 nm e una risoluzione di profondità di 0.01 nm. Questo è alcune volte superiore alle risoluzioni ottenibili utilizzando i migliori microscopi elettronici.
Un STM può funzionare in una varietà di ambienti: oltre all’ultra alto vuoto, funziona anche in ambienti saturi di acqua, aria, ecc. Questo rende il microscopio molto flessibile. Tuttavia, la superficie deve essere molto pulita e la punta STM molto affilata, causando problemi pratici nell’imaging. L’STM è stato sviluppato da Gerd Binnig e Heinrich Rohrer nel 1981. Nel 1986 hanno vinto un Premio Nobel per la fisica per il loro lavoro sulle MST.
Una punta STM è così affilata che consiste di un solo atomo. Quando la punta è “smussata” e consiste di due atomi anziché uno, questo porta a immagini più sfocate. La sfida di creare punte sufficientemente affilate ha portato i ricercatori a esplorare l’uso di nanotubi di carbonio come punte STM, poiché sono molto rigide e facili da produrre. La punta è talvolta chiamata “stilo” e una combinazione platino-iridio è tra i materiali più utilizzati per le punte.
Come molti altri microscopi, è spesso necessario uno smorzamento avanzato delle vibrazioni per creare un STM utile. Nei primi sistemi venivano utilizzati schemi di levitazione magnetica, sebbene oggi i sistemi a molla siano i più popolari. Poco dopo che gli STM sono diventati di dominio pubblico, uno studente delle superiori è stato in grado di crearne uno grezzo utilizzando solo circa $ 100 dollari USA (USD) di materiali. Un oscilloscopio è stato utilizzato come schermo di imaging.
La punta di un STM è guidata da un “piezo” o cristallo piezoelettrico, che si piega in modo piccolo ma molto prevedibile in risposta a un campo elettrico. In un STM, il movimento della punta è completamente controllato dal computer.