Un microscope à effet tunnel (STM) est un type de microscope innovant qui, au lieu d’utiliser la lumière réfléchissante comme les microscopes optiques conventionnels, utilise l’effet tunnel quantique entre un échantillon et une pointe de sonde pour imager la surface. Les résolutions atteintes par un STM peuvent atteindre une résolution latérale de 0.1 nm et une résolution de profondeur de 0.01 nm. C’est quelques fois plus élevé que les résolutions réalisables avec les meilleurs microscopes électroniques.
Un STM peut fonctionner dans une variété d’environnements : outre le vide ultra poussé, il fonctionne également dans des environnements saturés d’eau, d’air, etc. Cela rend le microscope très flexible. Cependant, la surface doit être très propre et la pointe STM très tranchante, ce qui pose des problèmes pratiques en imagerie. Le STM a été développé par Gerd Binnig et Heinrich Rohrer en 1981. En 1986, ils ont remporté un prix Nobel de physique pour leurs travaux sur les STM.
Une pointe STM est si pointue qu’elle ne comprend qu’un seul atome. Lorsque la pointe est terne et se compose de deux atomes plutôt qu’un, cela conduit à des images plus floues. Le défi de créer des pointes suffisamment pointues a conduit les chercheurs à explorer l’utilisation de nanotubes de carbone comme pointes STM, car ils sont très rigides et faciles à produire. La pointe est parfois appelée stylet, et une combinaison platine-iridium fait partie des matériaux de pointe les plus largement utilisés.
Comme beaucoup d’autres microscopes, un amortissement avancé des vibrations est souvent nécessaire pour créer un STM utile. Dans les premiers systèmes, des schémas de lévitation magnétique étaient utilisés, bien qu’aujourd’hui les systèmes à ressort soient les plus populaires. Peu de temps après que les STM soient devenus de notoriété publique, un élève du secondaire a pu en créer un brut en utilisant seulement environ 100 dollars américains (USD) de matériaux. Un oscilloscope a été utilisé comme écran d’imagerie.
La pointe d’un STM est guidée par un piézo ou cristal piézoélectrique, qui se plie de manière faible mais très prévisible en réponse à un champ électrique. Dans une STM, le mouvement de la pointe est entièrement contrôlé par ordinateur.