Όταν η ιστορία αναπτύχθηκε στη δεκαετία του 1980, γεννήθηκε ένα νέο όργανο ανάλυσης επιφάνειας που βασίζεται στη φυσική και ενσωματώνει μια ποικιλία σύγχρονων τεχνολογιών -το μικροσκόπιο ανιχνευτή σάρωσης (STM). Το STM όχι μόνο έχει πολύ υψηλή χωρική ανάλυση (έως 0.1 nm στην πλευρική κατεύθυνση και καλύτερη από 0,01 nm στη διαμήκη κατεύθυνση), μπορεί να παρατηρήσει άμεσα την ατομική δομή της επιφάνειας του υλικού και μπορεί επίσης χειρίζονται άτομα και μόρια, μεταμορφώνοντας έτσι την ανθρώπινη Υποκειμενική βούληση επιβάλλεται στη φύση. Μπορεί να ειπωθεί ότι το μικροσκόπιο ανιχνευτή σάρωσης είναι μια προέκταση των ανθρώπινων ματιών και χεριών και η αποκρυστάλλωση της ανθρώπινης σοφίας.
Η αρχή λειτουργίας του μικροσκοπίου ανιχνευτή σάρωσης βασίζεται σε διάφορες φυσικές ιδιότητες στο μικροσκοπικό ή μεσοσκοπικό εύρος. Η αλληλεπίδραση μεταξύ των δύο ανιχνεύεται με σάρωση ενός εξαιρετικά λεπτού καθετήρα ατομικών γραμμών πάνω από την επιφάνεια της ουσίας που μελετάται, προκειμένου να ληφθούν τα αποτελέσματα της αλληλεπίδρασης μεταξύ των δύο. Για τη μελέτη των επιφανειακών ιδιοτήτων της ύλης, η κύρια διαφορά μεταξύ των διαφορετικών τύπων SPM είναι οι ιδιότητες κορυφής και ο αντίστοιχος τρόπος αλληλεπίδρασης κορυφής-δείγματος.
Η αρχή λειτουργίας προέρχεται από την αρχή της διείσδυσης σήραγγας στην κβαντομηχανική. Ο πυρήνας του είναι ένα άκρο που μπορεί να σαρώσει στην επιφάνεια του δείγματος και έχει μια ορισμένη τάση πόλωσης μεταξύ αυτού και του δείγματος. Η διάμετρός του είναι στην ατομική κλίμακα. Δεδομένου ότι η πιθανότητα διέλευσης ηλεκτρονίων έχει αρνητική εκθετική σχέση με το πλάτος του φραγμού δυναμικού V(r), όταν η απόσταση μεταξύ του άκρου και του δείγματος είναι πολύ κοντά, το φράγμα δυναμικού γίνεται πολύ λεπτό και τα νέφη ηλεκτρονίων επικαλύπτονται μεταξύ τους. Όταν εφαρμόζεται μια τάση, τα ηλεκτρόνια μπορούν να μεταφερθούν από το άκρο στο δείγμα ή από το δείγμα στο άκρο μέσω του φαινομένου της σήραγγας, σχηματίζοντας ένα ρεύμα σήραγγας. Καταγράφοντας τις αλλαγές στο ρεύμα σήραγγας μεταξύ του άκρου και του δείγματος, μπορούν να ληφθούν πληροφορίες για τη μορφολογία της επιφάνειας του δείγματος.
Σε σύγκριση με άλλες τεχνολογίες ανάλυσης επιφάνειας, το SPM έχει μοναδικά πλεονεκτήματα:
(1) Με ατομικό επίπεδο υψηλής ανάλυσης. Η ανάλυση του STM στις κατευθύνσεις παράλληλες και κάθετες προς την επιφάνεια του δείγματος μπορεί να φτάσει τα 0.1nm και 0.01nm αντίστοιχα και μπορούν να επιλυθούν μεμονωμένα άτομα.
(2) Η τρισδιάστατη εικόνα της επιφάνειας στον πραγματικό χώρο μπορεί να ληφθεί σε πραγματικό χρόνο, η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μελέτη επιφανειακών δομών με ή χωρίς περιοδικότητα. Αυτή η παρατηρήσιμη απόδοση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μελέτη δυναμικών διεργασιών όπως η διάχυση στην επιφάνεια.
(3) Μπορεί να παρατηρηθεί η τοπική επιφανειακή δομή ενός μεμονωμένου ατομικού στρώματος και όχι η μεμονωμένη εικόνα ή οι μέσες ιδιότητες ολόκληρης της επιφάνειας. Επομένως, τα επιφανειακά ελαττώματα, η ανακατασκευή της επιφάνειας, το σχήμα και η θέση των επιφανειακών προσροφημένων σωμάτων και τα αποτελέσματα που προκαλούνται από τα προσροφημένα σώματα μπορούν να παρατηρηθούν άμεσα. Ανακατασκευή επιφανειών κ.λπ.
(4) Μπορεί να λειτουργήσει σε διαφορετικά περιβάλλοντα όπως κενό, ατμόσφαιρα και κανονική θερμοκρασία, και μπορεί ακόμη και να βυθίσει δείγματα σε νερό και άλλα διαλύματα. Δεν απαιτείται ειδική τεχνολογία προετοιμασίας δειγμάτων και η διαδικασία ανίχνευσης δεν θα βλάψει τα δείγματα. Αυτά τα χαρακτηριστικά είναι ιδιαίτερα κατάλληλα για τη μελέτη βιολογικών δειγμάτων και την αξιολόγηση επιφανειών δειγμάτων κάτω από διαφορετικές πειραματικές συνθήκες, όπως παρακολούθηση ετερογενών καταλυτικών μηχανισμών, μηχανισμών υπεραγωγιμότητας και μεταβολών της επιφάνειας του ηλεκτροδίου κατά τη διάρκεια ηλεκτροχημικών αντιδράσεων.
(5) Σε συνδυασμό με το Scanning Tunneling Spectroscopy (STS), μπορούν να ληφθούν πληροφορίες σχετικά με την επιφανειακή ηλεκτρονική δομή, όπως η πυκνότητα των καταστάσεων σε διαφορετικά επίπεδα στην επιφάνεια, οι παγίδες ηλεκτρονίων επιφανείας, οι αλλαγές στα εμπόδια δυναμικού της επιφάνειας και οι δομές του ενεργειακού χάσματος .
