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探測物質表面結構的儀器。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驗室發(fā)明，兩位***因此與恩斯特·魯斯卡分享了1986年諾貝爾物理學獎。

　　它作為一種掃描探針顯微術工具，掃描隧道顯微鏡 可以讓科學家觀察和定位單個原子，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量工具又是加工工具。

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

　　換句話說，掃描隧道顯微鏡的工作原理簡單得出乎意料。就如同一根唱針掃過一張唱片，一根探針慢慢地通過要被分析的材料(針尖極為尖銳，僅僅由一個原子組成)。一個小小的電荷被放置在探針上，一股電流從探針流出，通過整個材料，到底層表面。當探針通過單個的原子，流過探針的電流量便有所不同，這些變化被記錄下來。電流在流過一個原子的時候有漲有落，如此便極其細致地探出它的輪廓。在許多的流通后，通過繪出電流量的波動，人們可以得到組成一個網格結構的單個原子的美麗圖片。

　　原子力顯微鏡(atomic force microscope，簡稱AFM)，也稱掃描力顯微鏡(scanning force microscopy，SFM))是一種納米級高分辨的掃描探針顯微鏡，是由IBM蘇黎士研究實驗室的比寧(Gerd Binning)、魁特(Calvin Quate)和格勃(Christoph Gerber)于1986年發(fā)明的。AFM測量的是探針頂端原子與樣品原子間的相互作用力——即當兩個原子離得很近使電子云發(fā)生重疊時產生的泡利(Pauli)排斥力。工作時計算機控制探針在樣品表面進行掃描，根據(jù)探針與樣品表面物質的原子間的作用力強弱成像。

　　以一種簡單的方式進行類比，如同一個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，以此判斷該點的位置河床的深度，當在一條線上測量多個點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行組合，一張河床的地形圖就誕生了。與此類似，在AFM工作時的，原子力傳感器相當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于竹竿觸及河底時水面下的長度。這樣，在一艘小船(控制系統(tǒng))的控制下進行逐點逐行的掃描，AFM就可以繪制出一張顯微圖像啦。