掃描隧道顯微鏡(scanning tunneling microscope，縮寫為STM)，亦稱為掃描穿隧式顯微鏡，是一種利用量子理論中的隧道效應(yīng)探測(cè)物質(zhì)表面結(jié)構(gòu)的儀器。它于1981年由格爾德·賓寧及海因里希·羅雷爾在IBM位于瑞士蘇黎世的蘇黎世實(shí)驗(yàn)室發(fā)明，兩位***因此與恩斯特·魯斯卡分享了1986年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

　　它作為一種掃描探針顯微術(shù)工具，掃描隧道顯微鏡 可以讓科學(xué)家觀察和定位單個(gè)原子，它具有比它的同類原子力顯微鏡更加高的分辨率。此外掃描隧道顯微鏡在低溫下(4K)可以利用探針**精確操縱原子，因此它在納米科技既是重要的測(cè)量工具又是加工工具。

　　它主要是利用一根非常細(xì)的鎢金屬探針，針尖電子會(huì)跳到待測(cè)物體表面上形成穿隧電流，同時(shí)，物體表面的高低會(huì)影響穿隧電流的大小，針尖隨著物體表面的高低上下移動(dòng)以維持穩(wěn)定的電流，依此來(lái)觀測(cè)物體表面的形貌。

　　換句話說(shuō)，掃描隧道顯微鏡的工作原理簡(jiǎn)單得出乎意料。就如同一根唱針掃過(guò)一張唱片，一根探針慢慢地通過(guò)要被分析的材料(針尖極為尖銳，僅僅由一個(gè)原子組成)。一個(gè)小小的電荷被放置在探針上，一股電流從探針流出，通過(guò)整個(gè)材料，到底層表面。當(dāng)探針通過(guò)單個(gè)的原子，流過(guò)探針的電流量便有所不同，這些變化被記錄下來(lái)。電流在流過(guò)一個(gè)原子的時(shí)候有漲有落，如此便極其細(xì)致地探出它的輪廓。在許多的流通后，通過(guò)繪出電流量的波動(dòng)，人們可以得到組成一個(gè)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的單個(gè)原子的美麗圖片。

　　原子力顯微鏡(atomic force microscope，簡(jiǎn)稱AFM)，也稱掃描力顯微鏡(scanning force microscopy，SFM))是一種納米級(jí)高分辨的掃描探針顯微鏡，是由IBM蘇黎士研究實(shí)驗(yàn)室的比寧(Gerd Binning)、魁特(Calvin Quate)和格勃(Christoph Gerber)于1986年發(fā)明的。AFM測(cè)量的是探針頂端原子與樣品原子間的相互作用力——即當(dāng)兩個(gè)原子離得很近使電子云發(fā)生重疊時(shí)產(chǎn)生的泡利(Pauli)排斥力。工作時(shí)計(jì)算機(jī)控制探針在樣品表面進(jìn)行掃描，根據(jù)探針與樣品表面物質(zhì)的原子間的作用力強(qiáng)弱成像。

　　以一種簡(jiǎn)單的方式進(jìn)行類比，如同一個(gè)人利用一艘小船和一根竹竿繪制河床的地形圖。人可以站在小船上將竹竿伸到河底，以此判斷該點(diǎn)的位置河床的深度，當(dāng)在一條線上測(cè)量多個(gè)點(diǎn)后就可以知道河床在這條線上的深度。同樣道理繪制多條深度線進(jìn)行組合，一張河床的地形圖就誕生了。與此類似，在AFM工作時(shí)的，原子力傳感器相當(dāng)于人和他手中的竹竿，探針頂端原子與樣品原子間作用力的大小就相當(dāng)于竹竿觸及河底時(shí)水面下的長(zhǎng)度。這樣，在一艘小船(控制系統(tǒng))的控制下進(jìn)行逐點(diǎn)逐行的掃描，AFM就可以繪制出一張顯微圖像啦。