Binnig és Rohrer találmánya lehetővé tette a tudósok számára, hogy a világot egészen a molekulákig és atomokig vizualizálják. Az STM 1986-ban elnyerte a fizikai Nobel-díjat, és széles körben úgy tartják számon, mint azt a műszert, amely megnyitotta az utat a nanotechnológia és a kutatások széles skálája előtt olyan különböző területeken, mint az elektrokémia, a félvezető tudomány és a molekuláris biológia.
Az STM két olyan tudós együttműködéséből született, akik a felfedezések határait akarták kitolni. Az 1970-es évek végén az IBM zürichi kutatólaboratóriumában együtt dolgozó Binnig és Rohrer mindketten szupravezetési háttérrel rendelkeztek, és lenyűgözte őket az atomi felületek vizsgálata – egy rendkívül összetett téma, amely a felületek sajátos tulajdonságai miatt zavarba ejtette a tudósokat. Vizsgálataikban azonban a meglévő eszközök állapota korlátozta őket. Egyetlen létező technológia sem tette lehetővé a tudósok számára, hogy közvetlenül vizsgálják meg egy felület elektronikus szerkezetét és tökéletlenségeit.
A közönséges mikroszkóp, amely optikai lencséket használ, a fény hullámhosszánál kisebb objektumokat tudott szemügyre venni. Az elektronmikroszkóp az optikai mikroszkópnál nagyobb tisztasággal tudott kisebb dolgokat megnézni, de az egyes atomokat még mindig nem tudta tisztán látni.
Binnig és Rohrer ezért elhatározta, hogy megépíti saját műszerét – valami újat, amely képes lesz az atomok nanoszintű meglátására és manipulálására. Ennek érdekében kísérletezni kezdtek az alagutasítással, egy olyan kvantumjelenséggel, amelyben az atomok egy szilárd anyag felületéről kilépve egyfajta felhőt alkotnak, amely a felület felett lebeg; amikor egy másik felület közeledik, annak atomfelhője átfedésbe kerül, és atomcsere történik.
Binnig és Rohrer egy éles fém vezető hegyet egy minta felülete felett rendkívül kis távolságban manőverezve azt tapasztalta, hogy a hegy és a felület között áramló elektromos áram mennyisége mérhető. Ennek az áramnak a változásai információt szolgáltathatnak a felület belső szerkezetéről és magassági domborzatáról. Ezekből az információkból pedig háromdimenziós, atomi léptékű térképet lehetne készíteni a minta felületéről.
1979 januárjában Binnig és Rohrer benyújtotta első szabadalmi bejelentését az STM-ről. Nem sokkal később Christoph Gerber kutatótársuk segítségével elkezdték magának a mikroszkópnak a tervezését és építését.
Az STM-en való munka első néhány hónapja során a két feltalálónak egy sor módosítást kellett végrehajtania eredeti tervükön, hogy ilyen apró méretarányban is pontosan tudjanak méréseket végezni. Ezek a változtatások a rezgések és a zaj csökkentéséhez vezettek; a pásztázó hegy helyének és mozgásának pontosabb szabályozásához; és magának a szonda hegyének élesebbé tételéhez.
Az első kísérletükben egy aranykristály felületi szerkezetét vizsgálták. Az eredményül kapott képek pontosan elhelyezett atomok sorait és széles teraszokat mutattak, amelyeket egy atom magasságú lépcsők választottak el egymástól. “Nem tudtam abbahagyni a képek nézegetését” – mondta Binnig Nobel-előadásában ezekről az első kísérletekről. “Egy új világba léptem be.”
A mikroszkóp további finomításai javították a mechanikai konstrukció pontosságát, és egyre tisztább képeket eredményeztek. És hamarosan Binnig és Rohrer találmányának jelentősége világszerte kezdte elérni a tudósokat, akik hirtelen először kaptak hozzáférést az egyes atomok és molekulák nanoméretű világához.
Mivel az STM-et arra is lehetett használni, hogy egyes atomokat tologassanak és húzzanak, ez volt az első alkalom, hogy az emberek ilyen kicsi tárgyakat manipulálhattak.
A Nobel-bizottság Binnig és Rohrer fizikai Nobel-díjának odaítélésekor, mindössze öt évvel az első STM megépítése után, azt mondta, hogy a találmány “teljesen új területeket nyitott meg… az anyag szerkezetének tanulmányozása előtt”.
Binnig és Rohrer áttörő találmánya volt a kiindulópontja a nanotechnológiai kutatásoknak – egy olyan területnek, amelyen az IBM úttörő szerepet vállalt. És nagy felbontású képalkotó képessége és széleskörű alkalmazhatósága miatt az STM jelentős alkalmazásokra talált a fizika, a kémia, a mérnöki tudományok és az anyagtudomány területén.
A Binnig által 1986-ban kifejlesztett atomerő-mikroszkóp (AFM), az STM utódja, a mikroszkópia új területét indította el azzal, hogy lehetővé tette az elektromosan nem vezető anyagok képalkotását. Az AFM mellett Binnig és Rohrer pásztázó alagútmikroszkópja rokon műszerek és technikák egész családját hívta életre, amelyek forradalmasították a korábban nem megfigyelhető felületek és anyagok megtekintésének, feltárásának és manipulálásának képességét.