Ca niciun alt instrument anterior, invenția lui Binnig și Rohrer a permis oamenilor de știință să vizualizeze lumea până la molecule și atomi. STM a câștigat Premiul Nobel pentru Fizică în 1986 și este considerat pe scară largă ca fiind instrumentul care a deschis ușa către nanotehnologie și o gamă largă de explorări în domenii atât de diverse precum electrochimia, știința semiconductorilor și biologia moleculară.
Stm-ul a apărut în urma unei colaborări între doi oameni de știință care doreau să împingă limitele descoperirilor. Lucrând împreună la laboratorul de cercetare IBM din Zurich la sfârșitul anilor 1970, Binnig și Rohrer aveau amândoi experiență în domeniul supraconductivității și erau fascinați de studiul suprafețelor atomice – un subiect extrem de complex și care îi lăsa perplecși pe oamenii de știință din cauza caracteristicilor distincte ale suprafețelor. Dar ei erau limitați în explorările lor de starea instrumentelor existente. Nicio tehnologie existentă nu permitea oamenilor de știință să exploreze direct structura electronică și imperfecțiunile unei suprafețe.
Un microscop obișnuit, care utilizează lentile optice, putea vizualiza obiecte mai mici decât lungimea de undă a luminii. Un microscop electronic putea vedea lucruri mai mici cu o claritate mai mare decât un microscop optic, dar tot nu putea vedea clar atomii individuali.
Așa că Binnig și Rohrer au decis să își construiască propriul instrument – ceva nou care să fie capabil să vadă și să manipuleze atomii la nivel nanometric. Pentru a face acest lucru, au început să experimenteze tunelizarea, un fenomen cuantic în care atomii scapă de la suprafața unui solid pentru a forma un fel de nor care plutește deasupra suprafeței; când se apropie o altă suprafață, norul său atomic se suprapune și are loc un schimb atomic.
Prin manevrarea unui vârf metalic conductor ascuțit peste suprafața unei probe la o distanță extrem de mică, Binnig și Rohrer au descoperit că se poate măsura cantitatea de curent electric care circulă între vârf și suprafață. Variațiile acestui curent ar putea furniza informații despre structura interioară și despre relieful de înălțime al suprafeței. Iar din aceste informații, s-ar putea construi o hartă tridimensională la scară atomică a suprafeței eșantionului.
În ianuarie 1979, Binnig și Rohrer au prezentat prima lor dezvăluire de brevet cu privire la STM. La scurt timp după aceea, cu ajutorul colegului lor cercetător Christoph Gerber, au început proiectarea și construcția microscopului propriu-zis.
În timpul primelor luni de lucru la STM, cei doi inventatori au fost nevoiți să facă o serie de ajustări la proiectul lor original pentru a produce cu precizie măsurători la o scară atât de minusculă. Aceste modificări au dus la reducerea vibrațiilor și a zgomotului; la un control mai precis al locației și mișcării vârfului de scanare; și la îmbunătățirea acurateței vârfului sondei în sine.
Primul lor experiment a implicat structura de suprafață a unui cristal de aur. Imaginile rezultate au arătat rânduri de atomi spațiați cu precizie și terase largi separate de trepte de un atom în înălțime. „Nu mă puteam opri să mă uit la imagini”, a spus Binnig în prelegerea sa Nobel despre aceste prime experimente. „Intram într-o lume nouă.”
Mai multe perfecționări ale microscopului au îmbunătățit precizia designului mecanic și au dus la obținerea unor imagini din ce în ce mai clare. Și, în curând, semnificația invenției lui Binnig și Rohrer a început să ajungă la oamenii de știință din întreaga lume, care au avut brusc acces pentru prima dată la lumea la scară nanometrică a atomilor și moleculelor individuale.
Din moment ce STM putea fi folosit, de asemenea, pentru a împinge și a trage atomi individuali, a marcat, de asemenea, prima dată când oamenii puteau manipula obiecte atât de mici.
În acordarea Premiului Nobel pentru Fizică lui Binnig și Rohrer la doar cinci ani după ce a fost construit primul STM, comitetul Nobel a declarat că invenția a deschis „domenii complet noi… pentru studiul structurii materiei”.
Invenția revoluționară a lui Binnig și Rohrer a fost punctul de plecare pentru cercetarea în nanotehnologie – un domeniu în care IBM a continuat să fie pionier. Și datorită puterii sale de imagistică de înaltă rezoluție și aplicabilității largi, STM-ul a găsit aplicații majore în domeniile fizicii, chimiei, ingineriei și științei materialelor.
Microscopul de forță atomică (AFM), un descendent al STM-ului care a fost dezvoltat de Binnig în 1986, a dat startul unui nou domeniu al microscopiei, făcând posibilă vizualizarea materialelor care nu erau conductoare de electricitate. Pe lângă AFM, microscopul cu efect tunelar de scanare al lui Binnig și Rohrer a dat naștere unei întregi familii de instrumente și tehnici conexe care au revoluționat capacitatea noastră de a vizualiza, explora și manipula suprafețe și materiale care nu erau observabile anterior.
.