После того как первые картинки с атомным разрешением поверхности золота и кремния были представлены научному сообществу, наступило напряженное ожидание: никто не мог повторить замечательный результат. Через три года после публикации до авторов дошли интересные слухи. Оказалось, в научной среде не редки споры на бутылку шампанского, что все эти картинки — просто компьютерное моделирование! Ситуация радикально изменилась только в 1985 году, когда результаты были наконец подтверждены в нескольких лабораториях. А уже на следующий год его создателям, Биннигу и Рореру, была присуждена Нобелевская премия по физике.
На самом деле сомнения скептиков были не совсем уж безосновательны. Ведь, несмотря на похожее название, туннельный микроскоп, в отличие от привычного оптического, не дает в прямом смысле увеличенное изображение объекта. Удивительная трехмерная (!) картинка с атомами — всего лишь интерпретация результатов взаимодействия иглы и поверхности образца, график, показывающий, как меняется ток при движении иглы параллельно поверхности.
Атомно-силовой микроскоп
СТМ имеет одно существенное ограничение: объект исследования должен быть проводящим — металл или полупроводник, иначе не будет туннельного тока. Получается, что в туннельный микроскоп нельзя «рассмотреть» ни один изолятор, например алмаз. Пока осваивали туннельный метод, появилась новая идея: в 1986 году Биннинг предложил вариант микроскопа, названного атомно-силовым. Принцип его работы заключается в следующем. На тех расстояниях, на которых возникает туннелирование, между образцом и иглой начинает действовать достаточно большая сила. Она тоже, как и туннельный ток, зависит от величины промежутка, и ее тоже можно измерять, используя, например, упругость подвеса — кантилевера, на котором закреплена игла. С одной стороны, открываются колоссальные перспективы — можно изучать любые тела независимо от их электропроводности, а с другой — появляются дополнительные проблемы. Сила взаимодействия между иглой и образцом, в отличие от туннельного тока, зависит от расстояния не монотонно, а довольно сложным образом: сначала это притяжение, которое с уменьшением расстояния, начиная примерно с 2 нм, сменяется отталкиванием. Поэтому область расстояний, в которой можно работать, весьма ограничена, и требуется тщательная юстировка прибора, иначе полученную картину будет практически невозможно интерпретировать.