Como ningún instrumento anterior, el invento de Binnig y Rohrer permitió a los científicos visualizar el mundo hasta sus moléculas y átomos. El STM recibió el Premio Nobel de Física en 1986 y está considerado como el instrumento que abrió la puerta a la nanotecnología y a una amplia gama de exploraciones en campos tan diversos como la electroquímica, la ciencia de los semiconductores y la biología molecular.
El STM surgió de la colaboración entre dos científicos que querían ampliar los límites del descubrimiento. Binnig y Rohrer, que trabajaban juntos en el Laboratorio de Investigación de IBM en Zúrich a finales de la década de 1970, tenían experiencia en superconductividad y estaban fascinados por el estudio de las superficies atómicas, un tema de extrema complejidad que dejaba perplejos a los científicos debido a las distintas características de las superficies. Pero sus exploraciones se vieron limitadas por el estado de las herramientas existentes. Ninguna tecnología existente permitía a los científicos explorar directamente la estructura electrónica y las imperfecciones de una superficie.
Un microscopio ordinario, que emplea lentes ópticas, podía ver objetos más pequeños que la longitud de onda de la luz. Un microscopio electrónico podía ver cosas más pequeñas con mayor claridad que un microscopio óptico, pero seguía sin poder ver con claridad los átomos individuales.
Así que Binnig y Rohrer decidieron construir su propio instrumento, algo nuevo que fuera capaz de ver y manipular átomos a nivel de nanoescala. Para ello, empezaron a experimentar con el tunelado, un fenómeno cuántico en el que los átomos escapan de la superficie de un sólido para formar una especie de nube que se cierne sobre la superficie; cuando se acerca otra superficie, su nube atómica se solapa y se produce un intercambio atómico.
Al maniobrar una punta metálica conductora afilada sobre la superficie de una muestra a una distancia extremadamente pequeña, Binnig y Rohrer descubrieron que se podía medir la cantidad de corriente eléctrica que fluye entre la punta y la superficie. Las variaciones de esta corriente podían proporcionar información sobre la estructura interna y el relieve de la superficie. Y a partir de esta información, se podría construir un mapa tridimensional a escala atómica de la superficie de la muestra.
En enero de 1979, Binnig y Rohrer presentaron su primera patente sobre el STM. Poco después, con la ayuda de su compañero de investigación Christoph Gerber, comenzaron el diseño y la construcción del propio microscopio.
Durante sus primeros meses de trabajo en el STM, los dos inventores tuvieron que realizar una serie de ajustes en su diseño original para producir con precisión mediciones a una escala tan minúscula. Estos cambios permitieron reducir las vibraciones y el ruido; controlar con mayor precisión la ubicación y el movimiento de la punta de exploración; y mejorar la nitidez de la propia punta de la sonda.
El primer experimento consistió en la estructura superficial de un cristal de oro. Las imágenes resultantes mostraban filas de átomos espaciados con precisión y amplias terrazas separadas por escalones de un átomo de altura. «No podía dejar de mirar las imágenes», dijo Binnig en su conferencia del Nobel sobre aquellos primeros experimentos. «Estaba entrando en un mundo nuevo».
Más perfeccionamientos del microscopio mejoraron la precisión del diseño mecánico y dieron lugar a imágenes cada vez más claras. Y pronto la importancia del invento de Binnig y Rohrer empezó a llegar a los científicos de todo el mundo, que de repente tuvieron acceso por primera vez al mundo a nanoescala de los átomos y las moléculas individuales.
Como el STM también podía utilizarse para empujar y tirar de átomos individuales, también supuso la primera vez que los humanos podían manipular objetos tan pequeños.
Al conceder a Binnig y Rohrer el Premio Nobel de Física sólo cinco años después de la construcción del primer STM, el comité del Nobel dijo que el invento abrió «campos totalmente nuevos… para el estudio de la estructura de la materia.»
El innovador invento de Binnig y Rohrer fue el punto de partida de la investigación en nanotecnología, un campo en el que IBM fue pionera. Y debido a su capacidad de obtención de imágenes de alta resolución y a su amplia aplicabilidad, el STM ha encontrado importantes aplicaciones en los campos de la física, la química, la ingeniería y la ciencia de los materiales.
El microscopio de fuerza atómica (AFM), un vástago del STM que fue desarrollado por Binnig en 1986, inició un nuevo campo de la microscopía al hacer posible la obtención de imágenes de materiales que no eran conductores eléctricos. Además del AFM, el microscopio de barrido en túnel de Binnig y Rohrer dio lugar a toda una familia de instrumentos y técnicas relacionadas que han revolucionado nuestra capacidad de ver, explorar y manipular superficies y materiales que antes no eran observables.