扫描隧道显微镜（scanning tunneling microscopy，stm）是通过利用隧穿效应来对材料表面进行观察的一种非常强大的显微镜工具。其很大的优点是能够实现单原子镜像级别的分辨率。下面来详细了解一下扫描隧道显微镜的作用、原理和操作方法。
扫描隧道显微镜主要用于对各种材料的物理、化学和电子特性进行高分辨率表征。在化学领域，stm常用于探测表面化学反应产物的形成以及单分子反应的研究；在物理领域，stm主要用于研究纳米材料的结构和性质；在材料科学领域，stm则被广泛应用于纳米器件制备及表征。此外，stm的原理也被用于开发其他高分辨率显微镜，如原子力显微镜（atomic force microscopy，afm）、隧道电镜（scanning tunneling electron microscopy，stem）等。
在扫描隧道显微镜中，专门设计的探针在接触样品表面时，会在两者之间形成一个微小的隧穿电流。这种电流与探针与表面间电势差密切相关，因此可以通过调节探针与样品之间的距离和连接电势差，使得电流保持恒定或翻转其方向。扫描样品表面时，探针沿着水平、竖直或其它方向扫描，同时实时记录样品表面的电流变化，通过对电流大小和方向的分析，可以构建出样品表面电子的分布图像。
扫描隧道显微镜的操作需要具备一定的专业知识和技能，一般由经过培训的专业人员来执行。主要操作步骤如下：
1.准备好stm系统：包括真空系统、样品台、探针调制器和信号采集器等设备，并进行系统预处理。
2.调制探针：将成型好的探针较粗地悬挂于竖直架上，调整位置，在stm系统中进行调制，以确保探针的几何形状和电子性能达到理想状态。
3.样品表面准备：按照实验要求对样品进行处理，如清洗、抛光等，以保证样品表面平整、干净。
4.探针与样品接触：将调制好的探针在stm系统中保持垂直小范围振动，并逐渐逼近样品表面，直至探针和样品之间出现隧穿电流信号，缩小探针和样品的距离，优化隧穿电流强度，以达到最佳成像效果。
5.成像操作：根据实验要求，初步选择扫描区域，探针沿所选择的方向移动，同时记录隧穿电流信号，构建样品表面的分布图像。在成像中，需要注意探针倾向和扫描方向的选择，以确定最佳成像效果。
6.操作结束：停止探针震动，升离样品表面，可以对探针进行后处理，并对得到的图像进行数据处理和分析。