Como nenhum instrumento antes dele, a invenção de Binnig e Rohrer permitiu aos cientistas visualizar o mundo até as suas moléculas e átomos. O STM ganhou o Prêmio Nobel de Física em 1986 e é amplamente considerado o instrumento que abriu as portas para a nanotecnologia e uma ampla gama de explorações em campos tão diversos como eletroquímica, ciência de semicondutores e biologia molecular.
O STM cresceu a partir de uma colaboração entre dois cientistas que queriam ampliar os limites da descoberta. Trabalhando juntos no Laboratório de Pesquisa IBM Zurique no final dos anos 70, Binnig e Rohrer tinham ambos formação em supercondutividade e ficaram fascinados com o estudo de superfícies atômicas – um tópico de extrema complexidade e que deixou os cientistas perplexos por causa das características distintas das superfícies. Mas foram limitados em suas explorações pelo estado das ferramentas existentes. Nenhuma tecnologia existente permitiu aos cientistas explorar diretamente a estrutura eletrônica de uma superfície e suas imperfeições.
Um microscópio comum, que emprega lentes ópticas, podia visualizar objetos menores que o comprimento de onda da luz. Um microscópio eletrônico poderia ver coisas menores com maior clareza do que um microscópio ótico, mas ainda assim não poderia ver claramente os átomos individuais.
Então Binnig e Rohrer decidiram construir seu próprio instrumento – algo novo que seria capaz de ver e manipular átomos ao nível da nanoescala. Para isso, eles começaram a experimentar o tunelamento, um fenômeno quântico no qual átomos escapam da superfície de um sólido para formar uma espécie de nuvem que paira sobre a superfície; quando outra superfície se aproxima, sua nuvem atômica se sobrepõe e ocorre uma troca atômica.
Ao manobrar uma ponta afiada de metal condutor sobre a superfície de uma amostra a uma distância extremamente pequena, Binnig e Rohrer descobriram que a quantidade de corrente eléctrica que flui entre a ponta e a superfície podia ser medida. Variações nesta corrente poderiam fornecer informações sobre a estrutura interna e o alívio da altura da superfície. E a partir desta informação, pode-se construir um mapa tridimensional em escala atômica da superfície da amostra.
Em janeiro de 1979, Binnig e Rohrer submeteram sua primeira revelação de patente sobre o STM. Logo depois, com a ajuda do colega de pesquisa Christoph Gerber, eles começaram o projeto e construção do próprio microscópio.
Durante seus primeiros meses de trabalho no STM, os dois inventores tiveram que fazer uma série de ajustes em seu projeto original para produzir medições com precisão em uma escala tão minúscula. Estas alterações levaram a reduções nas vibrações e no ruído; a um controle mais preciso da localização e do movimento da ponta de varredura; e a uma melhor nitidez da própria ponta da sonda.
A sua primeira experiência envolveu a estrutura da superfície de um cristal de ouro. As imagens resultantes mostraram filas de átomos precisamente espaçados e amplos terraços separados por degraus de um átomo em altura. “Não consegui parar de olhar para as imagens”, disse Binnig em sua palestra Nobel sobre esses primeiros experimentos. “Estava a entrar num novo mundo”
Mais refinamentos ao microscópio melhoraram a precisão do desenho mecânico e resultaram em imagens cada vez mais claras. E logo o significado da invenção de Binnig e Rohrer começou a chegar aos cientistas de todo o mundo, que de repente tiveram acesso, pela primeira vez, ao mundo em nanoescala de átomos e moléculas individuais.
Desde que o STM também podia ser usado para empurrar e puxar átomos individuais ao redor, também marcou a primeira vez que os humanos podiam manipular objetos tão pequenos.
Ao atribuir o Prémio Nobel da Física a Binnig e Rohrer apenas cinco anos após a construção do primeiro STM, o comité Nobel disse que a invenção abriu “campos inteiramente novos… para o estudo da estrutura da matéria”.
A invenção revolucionária de Binnig e Rohrer foi o ponto de partida para a pesquisa em nanotecnologia – um campo que a IBM foi pioneira. E devido ao seu poder de imagem de alta resolução e ampla aplicabilidade, o STM encontrou grandes aplicações nos campos da física, química, engenharia e ciência dos materiais.
O microscópio de força atômica (AFM), uma descendência do STM que foi desenvolvido pela Binnig em 1986, iniciou um novo campo de microscopia tornando possível a imagem de materiais que não eram eletricamente condutivos. Além do AFM, o microscópio de varredura por túnel da Binnig e Rohrer deu origem a toda uma família de instrumentos e técnicas relacionadas que revolucionaram nossa capacidade de visualizar, explorar e manipular superfícies e materiais que antes não eram observáveis.