Kada se istorija razvila u 1980, rođen je novi instrument za analizu površine zasnovan na fizici i integraciji niza modernih tehnologija – mikroskop za skeniranje sonde (STM). STM ne samo da ima vrlo visoku prostornu rezoluciju (do 0.1nm u bočnom smjeru i bolju od 0,01nm u uzdužnom smjeru), već može direktno posmatrati atomsku strukturu površine materijala, a može i manipulišu atomima i molekulima, transformišući na taj način ljudsku Subjektivnu volju nameću se prirodi. Može se reći da je mikroskop skener sonde produžetak ljudskih očiju i ruku i kristalizacija ljudske mudrosti.
Princip rada mikroskopa sonde za skeniranje zasniva se na različitim fizičkim svojstvima u mikroskopskom ili mezoskopskom opsegu. Interakcija između njih se detektuje skeniranjem ultra-fine sonde atomskih linija iznad površine supstance koja se proučava, kako bi se dobili rezultati interakcije između njih. Za proučavanje površinskih svojstava materije, glavna razlika između različitih tipova SPM-a je njihova svojstva vrha i odgovarajući način interakcije vrh-uzorak.
Princip rada potiče od principa penetracije tunela u kvantnoj mehanici. Njegova jezgra je vrh koji može skenirati na površini uzorka i ima određeni napon prednapona između sebe i uzorka. Njegov prečnik je na atomskoj skali. Budući da vjerovatnoća tuneliranja elektrona ima negativan eksponencijalni odnos sa širinom potencijalne barijere V(r), kada je razmak između vrha i uzorka vrlo blizak, potencijalna barijera postaje vrlo tanka i oblaci elektrona se međusobno preklapaju. Kada se primeni napon, elektroni se mogu preneti sa vrha na uzorak ili sa uzorka na vrh kroz efekat tunela, formirajući tunelsku struju. Snimanjem promjena u tunelskoj struji između vrha i uzorka mogu se dobiti informacije o morfologiji površine uzorka.
U poređenju sa drugim tehnologijama površinske analize, SPM ima jedinstvene prednosti:
(1) Sa visokom rezolucijom na atomskom nivou. Rezolucija STM-a u smjerovima paralelnim i okomitim na površinu uzorka može doseći 0.1nm i 0.01nm respektivno, a pojedinačni atomi se mogu razlučiti.
(2) Trodimenzionalna slika površine u realnom prostoru može se dobiti u realnom vremenu, koja se može koristiti za proučavanje površinskih struktura sa ili bez periodičnosti. Ova vidljiva izvedba može se koristiti za proučavanje dinamičkih procesa kao što je površinska difuzija.
(3) Može se uočiti lokalna površinska struktura jednog atomskog sloja, a ne pojedinačna slika ili prosječna svojstva cijele površine. Stoga se površinski defekti, rekonstrukcija površine, oblik i položaj površinski adsorbiranih tijela, te efekti uzrokovani adsorbiranim tijelima mogu direktno promatrati. Rekonstrukcija površine itd.
(4) Može raditi u različitim okruženjima kao što su vakuum, atmosfera i normalna temperatura, a može čak i potopiti uzorke u vodu i druge otopine. Nije potrebna posebna tehnologija pripreme uzoraka, a proces detekcije neće oštetiti uzorke. Ove karakteristike su posebno pogodne za proučavanje bioloških uzoraka i evaluaciju površina uzoraka u različitim eksperimentalnim uslovima, kao što je praćenje heterogenih katalitičkih mehanizama, supravodljivih mehanizama i promena površine elektroda tokom elektrohemijskih reakcija.
(5) U vezi sa skenirajućom tunelskom spektroskopijom (STS), mogu se dobiti informacije o površinskoj elektronskoj strukturi, kao što su gustina stanja na različitim nivoima na površini, površinske zamke elektrona, promene površinskih potencijalnih barijera i strukture energetskog jaza .
