掃描隧道顯微鏡在物理學(xué)、化學(xué)、生命科學(xué)、材料科學(xué)及微電子等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，取得了一系列重要成果，并由此誕生了一系列新的學(xué)科分支，如納米生物學(xué)、納米摩擦學(xué)等，他的出現(xiàn)極大地推動(dòng)了科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。

掃描隧道顯微鏡在物理學(xué)方面的應(yīng)用

　　在物理學(xué)方面，掃描隧道顯微鏡已對石墨、硅以及金晶體等表面狀況進(jìn)行了觀察，對超導(dǎo)體表面的電子結(jié)構(gòu)也進(jìn)行了研究。在化學(xué)方面，主要用于研究有機(jī)或無機(jī)分子在表面吸附、表面催化、表面鈍化和電化學(xué)動(dòng)態(tài)過程等。

掃描隧道顯微鏡在生命科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

　　在生命科學(xué)領(lǐng)域，掃描隧道顯微鏡更是起著巨大的作用，顯示了強(qiáng)大的生命力。蛋白質(zhì)和核酸這兩種重要的生物大分子的幾何尺度一般在幾個(gè)到幾十個(gè)納米范圍內(nèi)，以往主要通過電子顯微鏡和X射線衍射方法進(jìn)行研究。

　　電子顯微鏡雖有許多優(yōu)點(diǎn)，但使用時(shí)必須要求高真空和外源高壓電子束。高真空容易使大分子脫水，分子結(jié)構(gòu)遭到破壞，外源高壓電子束對生物大分子會造成輻射損傷。相比之下，掃描隧道顯微鏡不僅具有的原子級空間分辨率，能在原子水平、分子水平、亞細(xì)胞水平和細(xì)胞水平等不同層次上全面觀察和研究生物樣品的結(jié)構(gòu)，如利用掃描隧道顯微鏡已可看到單鏈DNA分子的多個(gè)堿基，而且他不使用自由粒子，當(dāng)然無輻射損傷和污染，也無需透鏡和專門的電子源，結(jié)構(gòu)簡單，他還能在大氣、水溶液等生命的天然條件下或準(zhǔn)天然條件下，對生物樣品進(jìn)行直接觀察，這正是生命科學(xué)家夢寐以求的。

掃描隧道顯微鏡觀察電子結(jié)構(gòu)

　　材料表面電子結(jié)構(gòu)的表征是通過使用掃描隧道譜學(xué)技術(shù)(簡稱STS)對樣品表面的電子態(tài)進(jìn)行能量和空間的分辨。對電子結(jié)構(gòu)的表征方法主要有兩種：dI/dV譜和dI/dV成像。

　　固定掃描隧道顯微鏡針尖在樣品表面的位置，改變偏壓的大小，通過記錄電流值進(jìn)行數(shù)值微分，從而得到dI/dV譜，它可以反映樣品表面該點(diǎn)處的局域態(tài)密度在不同能量下的分布。dI/dV成像是指通過保持同一偏壓，改變針尖的位置，記錄電流得到掃描區(qū)域的圖像，從而反映出了同一能量的電子局域態(tài)密度的空間分布。人們通過對材料表面電子結(jié)構(gòu)的表征研究了不同體系的前沿物理特性。

掃描隧道顯微鏡應(yīng)用于表面原子操控

　　掃描隧道顯微鏡對樣品表面原子的操控主要是在短時(shí)間內(nèi)在針尖和樣品之間施加一個(gè)數(shù)伏大小的電壓。由于時(shí)間短，距離近，在樣品表面會形成高強(qiáng)度的電場，其產(chǎn)生的巨大能量被樣品表面原子吸收后，會使原子蒸發(fā)或斷裂化學(xué)鍵，從而脫離樣品表面，被針尖的電場吸附，實(shí)現(xiàn)對單原子的操縱。

　　對表面原子的操縱可以分為橫向操縱和縱向操縱。橫向操縱不斷裂化學(xué)鍵或物理相互作用，是通過針尖的控制原子在樣品表面進(jìn)行橫向的移動(dòng)?？v向操縱是通過斷裂化學(xué)鍵或物理相互作用，使原子與樣品表面脫離，將之吸附在針尖上，移動(dòng)后再將原子放到樣品表面其他位置。

掃描隧道顯微鏡在納米材料加工領(lǐng)域的應(yīng)用

　　納米材料是指，材料基本結(jié)構(gòu)單元至少有一維處于納米尺度范圍(一般在1~100nm)，并由此具有某些新特性的材料。對于納米材料的制備，是當(dāng)今社會研究的一個(gè)熱點(diǎn)問題。現(xiàn)今，納米材料的制備方法主要有三種：①惰性氣體下蒸發(fā)凝聚法;②化學(xué)方法;③物理氣相法和化學(xué)沉積法的綜合方法。

　　人們可以通過掃描隧道顯微鏡控制單個(gè)原子的行為。使單原子在樣品表面被隨意的提取、移動(dòng)和放置。如果將適當(dāng)?shù)拿}沖電壓施加在針尖和樣品表面之間，那么在探針和樣品間產(chǎn)生交替變化的電場。強(qiáng)電場的蒸發(fā)電場的蒸發(fā)作用，使樣品表面的原子可以被吸附到針尖上，并且使單原子可以隨針尖移動(dòng)，沉積。通過對單原子的控制，人們可以制作大容量存儲器。

　　掃描隧道顯微鏡因?yàn)槠湓蛹壏直媛时粡V泛應(yīng)用于科學(xué)研究中，但還存在著一些不足。通過將掃描隧道顯微鏡同其他表征手段相互組合，可以解決其存在的部分問題，但還存在一些問題，比如很難對絕緣體進(jìn)行原子級分辨率的觀測等?？偠灾?，掃描隧道顯微鏡是一種觀測微觀結(jié)構(gòu)和原子操縱的有力手段，在科學(xué)不斷進(jìn)步的過程中必定會發(fā)揮不可或缺的作用。