扫描隧道显微镜应用电子学的方式，用一个金属针尖在在样品表面扫描。当针尖和样品表面间隔很近时(1nm以下)， 针尖和样品表面之间会发生电压。当针尖沿X和Y方向在样品表面扫描时，就会在针尖和样品表面第一层电子之间发生电子隧道。该显微镜设计的沿Z字形扫描， 可坚持电流的恒定。因此，针尖的移动是隧道电流的作用，并且可以反应在荧光幕上。持续的扫描可以树立起原子级辨别率的表面像。
扫描隧道显微镜的英文缩写是ＳＴＭ。这是２０世纪８０年代初期呈现的一种新型表面剖析工具。其基础原理是基于量子力学的隧道效应和三维扫描。它是用一个极细的尖针，针尖头部为单个原子往接近样品表面，当针尖和样品表面靠得很近，即小于１纳米时，针尖头部的原子和样品表面原子的电子云产生重叠。此时若在针尖和样品之间加上一个偏压，电子便会穿过针尖和样品之间的势垒而形成纳安级１０Ａ的隧道电流。通过把持针尖与样品表面间距的恒定，并使针尖沿表面进行准确的三维移动，就可将表面形貌和表面电子态等有关表面信息记载下来。扫描隧道显微镜具有很高的空间辨别率，横向可达０．１纳米，纵向可优于０．０１纳米。它重要用来刻画表面三维的原子构造图，在纳米标准上研讨物资的特征，应用扫描隧道显微镜还可以实现对表面的纳米加工
扫描隧道显微镜（scanning tunneling microscope，STM)由德国人宾宁(G.Binnig,1947-)和瑞士人罗勒(H.Roher,1933-)1981年发现，依据量子力学原理中的隧道效应而设计
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