Apabila sejarah berkembang ke tahun 1980, instrumen analisis permukaan baharu berdasarkan fizik dan menyepadukan pelbagai teknologi moden-mikroskop probe pengimbasan (STM)-dilahirkan. STM bukan sahaja mempunyai resolusi spatial yang sangat tinggi (sehingga 0.1nm dalam arah sisi dan lebih baik daripada 0.01nm dalam arah membujur), ia boleh memerhati secara langsung struktur atom permukaan bahan, dan ia juga boleh memanipulasi atom dan molekul, dengan itu mengubah kehendak subjektif manusia dikenakan ke atas alam semula jadi. Boleh dikatakan bahawa mikroskop probe pengimbasan adalah lanjutan mata dan tangan manusia dan penghabluran kebijaksanaan manusia.
Prinsip kerja mikroskop probe pengimbasan adalah berdasarkan pelbagai sifat fizikal dalam julat mikroskopik atau mesoskopik. Interaksi antara keduanya dikesan dengan mengimbas probe ultra-halus garis atom di atas permukaan bahan yang sedang dikaji, untuk mendapatkan hasil interaksi antara keduanya. Untuk mengkaji sifat permukaan jirim, perbezaan utama antara jenis SPM yang berbeza ialah sifat hujungnya dan cara interaksi sampel hujung yang sepadan.
Prinsip kerja berasal dari prinsip penembusan terowong dalam mekanik kuantum. Terasnya ialah petua yang boleh mengimbas pada permukaan sampel dan mempunyai voltan pincang tertentu di antaranya dan sampel. Diameternya adalah pada skala atom. Oleh kerana kebarangkalian terowong elektron mempunyai hubungan eksponen negatif dengan lebar halangan potensi V(r), apabila jarak antara hujung dan sampel adalah sangat dekat, halangan potensi menjadi sangat nipis dan awan elektron bertindih antara satu sama lain. Apabila voltan dikenakan, elektron boleh dipindahkan dari hujung ke sampel atau dari sampel ke hujung melalui kesan terowong, membentuk arus terowong. Dengan merekodkan perubahan arus terowong antara hujung dan sampel, maklumat tentang morfologi permukaan sampel boleh diperolehi.
Berbanding dengan teknologi analisis permukaan lain, SPM mempunyai kelebihan unik:
(1) Dengan resolusi tinggi peringkat atom. Peleraian STM dalam arah yang selari dan berserenjang dengan permukaan sampel boleh mencapai 0.1nm dan 0.01nm masing-masing, dan atom tunggal boleh diselesaikan.
(2) Imej tiga dimensi permukaan dalam ruang sebenar boleh diperolehi dalam masa nyata, yang boleh digunakan untuk mengkaji struktur permukaan dengan atau tanpa periodicity. Prestasi yang boleh diperhatikan ini boleh digunakan untuk mengkaji proses dinamik seperti resapan permukaan.
(3) Struktur permukaan tempatan bagi satu lapisan atom boleh diperhatikan, bukannya imej individu atau sifat purata keseluruhan permukaan. Oleh itu, kecacatan permukaan, pembinaan semula permukaan, bentuk dan kedudukan badan terjerap permukaan, dan kesan yang disebabkan oleh badan terjerap boleh diperhatikan secara langsung. Pembinaan semula permukaan, dsb.
(4) Ia boleh berfungsi dalam persekitaran yang berbeza seperti vakum, atmosfera, dan suhu biasa, dan juga boleh merendam sampel dalam air dan penyelesaian lain. Tiada teknologi penyediaan sampel khas diperlukan, dan proses pengesanan tidak akan merosakkan sampel. Ciri-ciri ini amat sesuai untuk mengkaji sampel biologi dan menilai permukaan sampel di bawah keadaan eksperimen yang berbeza, seperti pemantauan mekanisme pemangkin heterogen, mekanisme superkonduktor dan perubahan permukaan elektrod semasa tindak balas elektrokimia.
(5) Sempena Scanning Tunneling Spectroscopy (STS), maklumat tentang struktur elektronik permukaan boleh diperolehi, seperti ketumpatan keadaan pada tahap yang berbeza pada permukaan, perangkap elektron permukaan, perubahan dalam halangan potensi permukaan, dan struktur jurang tenaga. .
