自有人類文明以來，人們就一直為探索微觀世界的奧秘而不懈的努力。1674年，荷蘭人列文虎克發明了世界上第一臺光學顯微鏡，并利用這臺顯微鏡首次觀察到了血紅細胞，從而開始了人類使用儀器來研究微觀世界的紀元。光學顯微鏡的出現，開闊了人們的觀察視野，但是由于受到光波波長的限制，光學顯微鏡的觀察范圍只能局限在細胞的水平上，分辨率大約10-6米至10-7米的水平上。人類能否看的更小，更精確一些呢？為了達到這個目的，科學家進行了幾個世紀不懈的努力。1931年德國科學家恩斯特.魯斯卡利用電子透鏡可以使電子束聚焦的原理和技術，成功地發明了電子顯微鏡?電子顯微鏡一出現即展現了它的優勢，電子顯微鏡的放大倍數提高到上萬倍，分辨率達到了10-8米。在電子顯微鏡下，比細胞小的多的病毒也露出了原形。人們的視覺本領得到了進一步的延伸。 現代科學的發展為新技術、新發明提供了堅實的理論依據，而科學的進一步發展又期待著新型儀器的發明和更新。在人類進入了原子時代的今天，科學技術的發展呼喚著更加精確、分辨率更高的儀器的發明和面世。人們期盼著在探索微觀世界的歷程中再邁出新的一步。
正象絕大多數科學的新發現和新發明都具有其偶然性和必然性一樣，當二十世紀七十年代末德裔物理學家葛.賓尼和他的導師海.羅雷爾在IBM公司設在瑞士蘇黎士的實驗室進行超導實驗時，他們并沒有把自己的有關超導隧道效應的研究與新型顯微鏡的發明聯系到一起。但是真空中超導隧道譜的研究已經為他們今后發明掃描隧道顯微鏡準備了堅實的理論和實驗基礎。一次偶然的機會，他們讀到了物理學家羅伯特·楊撰寫的一篇有關“形貌儀”的文章。這篇文章中有關驅動探針在樣品表面掃描的方法使他們突發奇想：難道不能利用導體的隧道效應來探測物體表面并得到表面的形貌嗎？以后的事實證明，這真是一個絕妙的想法。經過師生兩人的不懈努力，1981年，世界上第一臺具有原子分辨率的掃描隧道顯微鏡終于誕生了。
掃描隧道顯微鏡的英文名稱是 Scanning Tunneling Microscope， 簡稱為STM。STM具有驚人的分辨本領，水平分辨率小于0.1納米，垂直分辨率小于0.001納米。一般來講，物體在固態下原子之間的距離在零點一到零點幾個納米之間。在掃描隧道顯微鏡下，導電物質表面結構的原子、分子狀態清晰可見。圖1_1顯示的是硅表面重構的原子照片，照片上，硅原子在高溫重構時組成了美麗的圖案。