میکروسکوپ پروب روبشی از جمله ابزار تحقیقاتی قدرتمند و مدرن است که اجازه می‌‌دهد که مورفولوژی و خواص موضعی سطوح مختلف با تفکیک‌‌پذیری فضایی بالا در حد دهم نانومتر، انجام پذیرد. در میکروسکوپ‌‌های پروب روبشی، مشابه سایر روش‌‌های آنالیز روبشی، سطح نمونه روبش می‌‌شود و با جمع آوری سیگنال‌‌های به دست آمده (به عنوان سیگنال ورودی)، پردازش آن‌ها توسط یک ماژول کامپیوتری موسوم به مدار فیدبک و سپس ارسال سیگنال‌های اصلاحی (به عنوان سیگنال خروجی) به پروب میکروسکوپ، و نتیجتا تفسیر سیگنال‌ها، تصویر نهایی تشکیل می‌‌گردد. جزئیات این زنجیره رخدادها برای مدهای مختلف تصویربرداری و نوع میکروسکوپ متفاوت است.
دو نوع متداول این میکروسکوپ‌ها، میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) و میکروسکوپ تونلی روبشی (STM) هستند. مهمترین تفاوت دو نوع AFM و STM در سیگنال‌های ورودی ارسال شده به مدار فیدبک است. برخلاف AFM که سیگنال‌های ورودی مبتنی بر حرکات کانتیلور (cantilever) و ثبت آن توسط تغییرات محل برخورد پرتو لیزر بر آرایه‌ای از دیودهای حساس به نور است، در STM سیگنال‌های ورودی مبتنی بر جریان تونل‌زنی الکترون از فضای بین نوک پروب و سطح نمونه است. تونل‌زنی الکترون پدیده‌ای در مکانیک کوانتوم است که می‌گوید وقتی دو سطح رسانا به فاصله مقیاس‌های اتمی از یکدیگر برسند، اعمال یک اختلاف پتانسیل جزیی (معمولا بین mV1 تا V4) سبب شارش جریانی به بزرگی pA10 تا nA10 می‌گردد. از آنجا که جریان عبور کرده (طبق قوانین مکانیک کوانتوم) به صورت توانی تابعی از فاصله بین نوک پروب و سطح نمونه است، می‌تواند به عنوان سیگنال ورودی، نشانگر خوبی برای موقعیت ابتدایی پروب نسبت به سطح باشد.
در STM، چهار مد تصویربرداری به نام‌های جریان‌ثابت، ارتفاع‌ثابت، اسپکتروسکوپی و منی‌پیولاسیون معرفی شده است که رایج‌ترین آن‌، جریان ثابت است. در مد جریان ثابت، مدار فیدبک سعی می‌کند با ارسال فرامین اصلاحی (به عنوان سیگنال خروجی) به بازوهای محرک پیزوالکتریک، موقعیت پروب نسبت به سطح مورد آزمایش را همواره طوری تطبیق دهد که جریان تونل‌زنی الکترون همواره ثابت بماند. سیگنال‌های خروجی مدار فیدبک هنگامی که توسط کامپیوتر ترجمه می‌شوند، تصویری ایجاد می‌کنند که در واقع نقشه‌ای از LDOS (پارامتری تعریف شده در مکانیک کوانتوم) سطح نمونه است. با این حال، چون LDOS بسیار حساس به موقعیت اتم‌ها است، تصویر نهایی در مد جریان ثابت میکروسکوپ STM، به صورت قابل قبولی بیانگر توپوگرافی سطح نمونه است. لازم به ذکر است بزرگترین محدودیت میکروسکوپ‌های STM، در همان مکانیزم آن نهفته است، یعنی سطح نمونه باید هادی جریان الکتریکی باشد تا توانایی عبور جریان تونل‌زنی الکترون را داشته باشد.

جزئیات مشخصات فنی در جدول زیر ارائه شده است.

 

میکروسکوپ پروب روبشی (SPM) یک ابزار منحصر به فرد برای تصویربرداری، مشخصه‌یابی و حتی مهندسی (نانولیتوگرافی) مواد در مقیاس نانو است. میکروسکوپ نیروی اتمی می‌تواند تصاویری با قدرت تفکیکی اتمی در مقیاس آنگستروم ارائه دهد (رزولوشن عرضی و ارتفاعی بهتر از 0.1 نانومتر است). لازم به یادآوری است که در حالت STM، سطح نمونه باید رسانا باشد تا بتواند جریان تونل‌زنی را از خود عبور دهد.