概述
自从第一台显微镜被发明以来，世界各地的研究人员和科学家不断寻找新的方式，力求进一步加深对于微观世界的了解。1981年，IBM 公司的两位研究人员Gerd Binnig 和Heinrich Rohrer 发明了扫描式隧道显微镜 (STM)，开辟了微观科学的新天地。
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Binnig 和 Rohrer 前所未有的发明使科学家能够观察由分子和原子组成的世界。STM 在 1986年获得了诺贝尔物理学奖，并且被广泛认为是打开纳米技术和在多个领域中广泛探索的大门，包括电化学、半导体科学和分子生物学。
STM 是由两位希望进一步拓宽科研边界的科学家合作开发的。通过 20世纪 70年代末在IBM苏黎世实验室共同合作，Binnig 和 Rohrer 凭借在超导性研究领域的背景，都热衷于对原子表面的研究— 由于表面的独特特征，这是一个极为复杂而且让科学家感到困惑的主题。但是，他们的探索受到了现有工具状态的限制。没有一种技术允许科学家直接探索表面的电子结构和缺陷。
普通的显微镜采用光学镜头，可以观察比光波长还要小的物体。电子显微镜可以观察更小的物体，而清晰度高于光学显微镜，但仍无法清晰地观察单个原子。
于是，Binnig 和Rohrer 决定设计出自己的仪器–能够在纳米级观察并处理原子。为了做到这一点，他们开始试验隧道方法，这是一种量子现象，即原子从固体表面脱离，形成一种笼罩在表面的云;在另一个表面接近时，其原子云叠加到上面，并发生原子交换。
通过调整极短距离内的样本表面上的尖锐金属导线，Binnig 和 Rohrer 发现，导线和表面之间的电流量可以测量出来。电流的变化可提供关于内部结构和表面的高度地形信息。通过这些信息，我们可以建立样本表面的三维原子级地图。
1979年 1月，Binnig 和 Rohrer 提交了关于STM的第一个专利申请。很快，在同事Christoph Gerber 的帮助下，他们开始设计制造显微镜。
在设计 STM 的前几个月内，两位发明人必须对原始设计进行一系列调整，以准确地产生如此微小量级的测量结果。这些更改减少了变化和噪声；更准确地控制扫描导线的位置和移动;并且提高了探针导线本身的锐度。
他们的第一次试验是采用金晶体的表面结构。最终的图像显示了各行间隔精确的原子和由一个原子高度分隔开的大平台。据Binnig 在诺贝尔奖颁奖仪式上关于最初试验的讲座中谈到，“我目不转睛地盯着图像。我进入了一个全新的世界。”
经过多显微镜的多次调整，其机械设计的精度大大提高，而且图像也更加清晰。很快，全世界的科学奖都开始认识到了Binnig 和Rohrer 的发明的重要意义，他们有史以来第一次能够了解纳米级世界的每个原子和分子。
STM也可用于推拉每个原子，因此，这也标志着人类第一次能够处理如此之小的物体。
在第一台STM 制造出来五年后向 Binnig 和Rohrer授予诺贝尔物理学奖时，诺贝尔奖委员会表示，这项发明开辟了“物质结构研究……的新天地”。Binnig 和Rohrer具有突破意义的发明是纳米技术研究的起点— IBM 在这个领域一直作为先驱者。由于其高分辨率的成像能力和广泛的适用性，STM 主要应用于物理、化学、工程设计和材料科学领域。
原子力显微镜 (AFM) 是STM 的后代产品，由Binnig 在1986年开发出来，它通过对非导电材料进行成像而开辟了显微镜的全新应用领域。除了AFM 之外，Binnig 和 Rohrer 的扫描式隧道显微镜还导致相关仪器和技术的出现，使我们观察、探索和处理以前无法观察到的表明和材料的能力发生了革命性变化。
促进世界转型
25年前，Gerd Binnig 和 Heinrich Rohrer 发明了具有革命意义的扫描式隧道显微镜，使他们在 1986年荣获了诺贝尔物理学奖，并且引发了纳米技术领域的发展。基于量子的新学科是一个超前的学科，为未来大量行业的创新带来了巨大的潜力，包括计算机和信息技术以及医疗、消费品和交通。最近，理论和试验使这种技术得到了实际应用，而且纳米技术产品也不断推出。
纳米技术的蓬勃发展
扫描式隧道显微镜引发的技术突破可能是在微观方面，但其带来的好处已经在整个行业中显现。十多年来，汽车制造商一直在将纳米材料用到汽车中。例如，由于采用了通过纳米技术而制造的分子化合物，轮胎的性能和耐用性大大提升。包含纳米级微粒的高级车漆使得汽车表面漆更加持久。保险杠也都采用纳米晶体制造，提高了强度和乘客安全性。
医疗中的创新
生物医学必将从大量的纳米技术设备和技术中获益。在不远的将来，分子结构可能会将药物送到人体内的精确病灶部位。例如，化疗方法最终将可以使用纳米技术更精确地攻击癌细胞，而副作用更小。一种前景广阔的方法是使用病毒—大自然自己的纳米机器人— 通过17纳米的“货舱”携带原子级药物载荷。
净化水质
据联合国估计，到 2050年，饮用水的严重缺乏将影响世界大约一半的人口。为应对危机，IBM 和世界各地的其他科学家设计了纳米薄膜过滤器。这种高效能的技术可以清除公共和私人供水管道中的盐分和不需要的物质，例如砷，从而帮助保持饮用水的质量。
不断发展的可再生能源
随着能源安全和可持续发展成为全球关注的问题，纳米技术将更多地应用到能源领域中。以风力涡轮机为例，基于纳米技术的润滑剂可以保证发电涡轮有效地持续旋转，而纳米材料可以保护其外表面。涂层有助于防止冰霜和尘土在涡轮轴和叶片上的过多堆积，因为这些部件采用纳米复合材料制成，其强度进一步提高。
更平的闪存
2003年，IBM 率先制造出了 90纳米厚度的微处理器—比人的头发还要细 1000倍。之后，90纳米技术不断改进，提供了更好的处理和存储能力。最近推出的一款产品是薄膜闪存存储技术。存储设备包含硅纳米晶体，可提供更高的产品可靠性。该技术的一个版本也包括新型的电子可更换可编程只读存储 (EEPROM)。
技术突破
据 Gerd Binnig 表示，科研团体花费了两年时间接受扫描式隧道显微镜。在早期，设备提供的图像非常小，能够提供的数据信息非常少。之后，随着输出质量不断改进，其它实验室的研究人员开始加入研究中，使设备性能不断得到提升。分辨率越来越高，而成像时间逐渐缩短。与十年前纳米技术研究的早期阶段相比，当前的纳米级显微镜有了巨大的进步。
进一步创新
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初等证明
1974年，IBM 的 Ari Aviram 和纽约大学教授 Mark Ratner 共同提出了一个理论，而在当时，这个理论由于缺乏充足的技术支持而无法验证。Aviram 和 Ratner 提出，分子具有导电属性，因此可以传输或储存电。15年后，Binnig 和 Rohrer 在显微镜研究领域的进步为验证 Aviram 和 Ratner 的建设提供了技术手段。这项具有开创性的工作促进了分子电子领域的发展，而如今已经成为纳米技术的一个分支。
文化影响
Binnig 和 Rohrer的扫描式隧道显微镜揭示了以前无法看到的物理世界的方方面面。显示的图像非常独特和迷人，很快，扫描式隧道显微镜成为一种艺术媒介。同样令人振奋的是纳米技术领域的兴起，这个具有“科幻”意味的领域很快成为一种文化现象，在书籍和影视作品中随处可见。
纳米艺术
Cris Orfescu，《阿拉丁神灯》，Printmaking Giclee, 2008年
Cris Orfescu，《NanoWeb 3》- Printmaking Giclee, 2009年
Cris Orfescu，《Shadows From The Past》- Printmaking Giclee, 2008年
Cris Orfescu，《MicroBall》- Sculpture Other, 2009年
Cris Orfescu，《NanoHologram 1》- Printmaking Giclee, 2008年
文学作品中的纳米技术
在扫描式隧道显微镜被发明之前和之后，纳米技术不断出现在文学作品中。传奇科幻作家 Arthur C. Clarke 被公认为是第一个在他的短片小说《The Next Tenants》(1956年)中提到纳米技术的作家。在这个关于一位对白蚁感兴趣的科学家的故事中，Clarke 提到了一种可以进入到原子级的强大的无形设备。2002年，Michael Crichton 发表了小说《Prey》。这个警示性的故事围绕着出现差错的纳米技术研究项目而展开，其中，纳米机器人是以坏人的身份出现。
影片中的纳米技术
第一部描写纳米技术的影片是《终结者2》(1991年)。阿诺德•施瓦辛格扮演的原型终结者看似过时，却演绎了一个经过改进的全新版本。这个先进的终结者是由几百万个“纳米机器人”建造而成的，能够在烧毁、撞碎或者被射击成碎片后恢复原型。2004年上映的大受欢迎的科幻电影《我，机器人》将时间设定在2035年。纳米机器人以生物医疗探针的形式成为主角，目的是治疗人类的疾病。该影片是根据著名科幻作家Isaac Asimov的许多短篇作品改编而成的。
电视中的纳米技术
纳米力显微镜 (AFM) 是 STM 技术的后代，出现在了 2008年的犯罪系列剧《犯罪现场调查：迈阿密》。在《Rock and a Hard Place》一集中，法庭辩论专家在进行谋杀现场调查时使用AFM检验所发现的药丸。在现实中，纳米技术逐步在法庭辩论中被接受。例如，最新的指纹复原方法就是采用包含金纳米微粒的液体。
