扫描隧道显微镜（STM）
1982 年第一台扫描隧道显微镜问世。它的问世，使人们第一次能够实时地观察到原子在物质表面的排列状态和与表面电子行为有关的物理化学性质，对表面科学、材料科学、生命科学和微电子技术的研究有着重大的意义和广阔的应用背景，被科学界公认是表面科学和表面现象分析的一次革命。1983 年 利用扫描隧道显微镜（STM）在实空间观察到Si(111)的7×7 结构。STM 可以解决每一种导电的固体表面在原子尺度上的局域电子结构，因而可以获得局域原子结构。原子力显微镜（AFM）可以获得绝缘体表面的局域原子结构。STM 和AFM 可以在不同环境下具有成像能力，对样品无损伤等优点，可以用来进行过程的观察。
STM 原理
扫描隧道显微镜（STM）的基本原理是利用量子理论中的隧道效应，将原子线度的极细探针和被研究物质的表面作为两个电极，当样品与针尖的距离非常接近时（通常小于1nm），在外加电场的作用下，电子会穿越两个电极之间的势垒流向另一个电极，这种效应即是隧道效应。隧道电流的强度对针尖与样品表面之间的距离非常敏感，如果距离减小0.1nm，隧道电流将增加一个数量级，因此利用电子线路控制隧道电流的恒定，并用压电陶瓷材料控制针尖在样品表面的扫描，则探针在垂直于样品方向上高低的变化就反映出了样品表面的起伏，将针尖在样品表面扫描运动时的轨迹直接在荧光屏或记录纸上显示出来，就得到了样品表面态密度的分布或原子排列的情况。
STM 信息
STM 通常被认为是测量表面原子结构的工具，具有直接测量原子间距的分辨率。但必须考虑电子结构的影响，否则容易产生错误的信息。其实，在考虑了遂穿过程以及样品表面与针尖的电子态的性质后，STM 代表的应该是表面的局部电子结构和遂穿势垒的空间变化。
隧道效应和隧道电流：
隧道扫描显微镜的基本原理是基于量子力学的隧道效应。将原子线度的极细针尖和被研究物质的表面作为两个电极，当样品与针尖的距离非常接近时（通常小于1nm），在外加电场的作用下，电子会穿过两个电极之间的绝缘层流向另一个电极，这种现象称为隧道效应。
隧道电流强度与针尖与样品表面之间的距离非常敏感，如果距离小于0.1nm，电流将增加一个数量级。遂穿电阻与针尖垂直移动距离的关系：R(s)＝exp（Aφ1/2s），A＝1.025eV-1Α－1，s 为间距。结果见图1。
图1 遂穿电阻与针尖垂直移动距离的关系
STM 的针尖和样品关系示意图
