Funktionsweise

Das Rastertunnelmikroskop RTM (englisch: scanning Tunneling microscopy STM) beruht auf dem quantenmechanischen Tunneleffekt. Eine elektrisch leitende Sonde ("Spitze") wird in sehr kleinem Abstand (Nanometerbereich) über der Probe gehalten, ohne sie zu berühren. Zwischen Spitze und Probe gibt es eine Potentialbarriere (Isolation), die nicht überwunden, jedoch durchtunnelt werden kann.

Das Anlegen einer kleinen Spannung zwischen Spitze und Probe führt daher zu einem Tunnelstrom (typ. 1 pA bis 10 nA), dessen Größe exponentiell vom  Abstand Spitze - Probe abhängt. Befindet sich an dieser Stelle der Probe ein Atom, so ist der Abstand zwischen Spitze und Probe kleiner (und damit der Tunnelstrom größer) als wenn sich an dieser Stelle kein Atom befände.

Die Spitze wird nun systematisch in x- und y-Richtung über die Probe bewegt: die Probe wird abgerastert. So wird über den Tunnelstrom der Abstand (und damit die Position der Atome auf der Oberfläche) in Abhängigkeit der x- und y-Koordinaten "sichtbar" gemacht.

Das RTM kann in zwei Modi betrieben werden:

1. Konstanter Strom
   Der Abstand der Spitze über der Probe wird mittels eines Piezoelements so nachgeregelt, dass der Tunnelstrom stets konstant ist (constant current mode CCM). Beim Abrastern der Probe entsteht so ein "Höhenprofil" der Probe, wobei das Regelsignal zur Darstellung der Probenoberfläche verwendet wird.
2. Konstante Höhe
   Die Höhe der Spitze wird konstant gehalten, der Tunnelstrom variiert exponentiell mit dem Abstand der Spitze zur Oberfläche und wird zur Darstellung der Probenoberfläche verwendet.