Trong bản đồ rộng lớn của khoa học, việc khám phá thế giới vi mô luôn là một lĩnh vực tiên tiến và quan trọng. Kính hiển vi quét đường hầm (STM) chắc chắn là một vũ khí thăm dò bí mật mạnh mẽ trong tay các nhà khoa học, mở ra cánh cửa bí ẩn của thế giới vật chất ở cấp độ nguyên tử.
Nguyên tắc hoạt động của kính hiển vi đường hầm quét dựa trên hiệu ứng đường hầm trong cơ học lượng tử. Nói một cách đơn giản, khi một đầu dò cực kỳ mịn đủ gần bề mặt mẫu, các electron sẽ được chuyển từ đầu dò đến bề mặt mẫu hoặc ngược lại mà không cần tiếp xúc thực tế, giống như nó đi qua đường hầm, tạo ra dòng điện đường hầm. Bằng cách kiểm soát chính xác đầu dò để quét từng điểm trên bề mặt mẫu và theo dõi sự thay đổi dòng điện trong đường hầm trong thời gian thực, thông tin hình dạng vi mô của bề mặt mẫu có thể được thu thập.
STM có độ phân giải cao với độ phân giải 0,1 nanomet theo chiều ngang và 0,01 nanomet theo chiều dọc, cho phép nó phân biệt rõ ràng các nguyên tử riêng lẻ, cho phép các nhà khoa học lần đầu tiên nhìn thấy trực quan cách các nguyên tử sắp xếp và cách chúng tương tác với nhau. Khả năng quan sát này đã thúc đẩy rất lớn sự phát triển của nhiều ngành như khoa học vật liệu, vật lý, hóa học.
Trong lĩnh vực khoa học vật liệu, STM giúp các nhà nghiên cứu hiểu sâu hơn về mối quan hệ giữa cấu trúc vi mô và tính chất của vật liệu. Ví dụ, bằng cách quan sát các khiếm khuyết trong việc sắp xếp các nguyên tử trên bề mặt vật liệu bán dẫn, các nhà khoa học có thể tối ưu hóa quá trình tăng trưởng của vật liệu và cải thiện hiệu suất và độ ổn định của thiết bị bán dẫn. Trong vật lý, STM cung cấp các phương tiện thực nghiệm trực tiếp để nghiên cứu các hiện tượng lượng tử, chẳng hạn như hiệu ứng Hall lượng tử, hiện tượng siêu dẫn, v.v., mang lại sự hiểu biết sâu sắc hơn về thế giới lượng tử vi mô. Trong lĩnh vực hóa học, STM có thể được sử dụng để nghiên cứu các quá trình vi mô của các phản ứng hóa học, quan sát các quá trình năng động như hấp phụ, phản ứng và khử phụ sản phẩm của các phân tử chất phản ứng trên bề mặt chất xúc tác, cung cấp cơ sở quan trọng để phát triển các chất xúc tác hiệu quả cao và hiểu cơ chế phản ứng hóa học.
Ngoài những đóng góp trong nghiên cứu cơ bản, kính hiển vi đường hầm quét cũng được sử dụng rộng rãi trong sản xuất công nghiệp. Ví dụ, trong quá trình sản xuất chip bán dẫn, STM được sử dụng để phát hiện và xử lý chính xác bề mặt silicon để đảm bảo chất lượng cao và hiệu suất cao của chip.