Ett scanning tunneling microscope (STM) är en innovativ typ av mikroskop som, istället för att använda reflekterande ljus som konventionella optiska mikroskop, använder kvanttunnel mellan ett prov och en sondspets för att avbilda ytan. Upplösningarna som uppnås av en STM kan vara så höga som 0.1 nm lateral upplösning och 0.01 nm djupupplösning. Detta är några gånger högre än de upplösningar som kan uppnås med de bästa elektronmikroskopen.
En STM kan arbeta i en mängd olika miljöer: förutom ultrahögt vakuum fungerar den även i miljöer mättade med vatten, luft etc. Detta gör mikroskopet mycket flexibelt. Ytan måste dock vara mycket ren och STM-spetsen mycket skarp, vilket orsakar praktiska utmaningar vid bildbehandling. STM utvecklades av Gerd Binnig och Heinrich Rohrer 1981. 1986 vann de ett Nobelpris i fysik för sitt arbete med STM.
En STM-spets är så skarp att den bara består av en enda atom. När spetsen är ”tråkig” och består av två atomer snarare än en, leder detta till suddigare bilder. Utmaningen att skapa tillräckligt vassa spetsar har fått forskare att utforska användningen av kolnanorör som STM-spetsar, eftersom de är mycket styva och lätta att tillverka. Spetsen kallas ibland ”stylus”, och en platina-iridium-kombination är bland de mest använda spetsmaterialen.
Liksom många andra mikroskop krävs ofta avancerad vibrationsdämpning för att skapa en användbar STM. I de tidigaste systemen användes magnetiska levitationsscheman, men idag är fjäderbaserade system mest populära. Kort efter att STM blev allmänt känt kunde en gymnasieelev skapa en rå med bara omkring 100 USD i material. Ett oscilloskop användes som bildskärm.
Spetsen på en STM styrs av en ”piezo” eller piezoelektrisk kristall, som böjer sig på ett litet men mycket förutsägbart sätt som svar på ett elektriskt fält. I en STM är spetsrörelsen helt datorstyrd.