Η λειτουργία του στηρίζεται στο κβαντικό φαινόμενο της σήραγγας.
Σύμφωνα με το παραπάνω φαινόμενο, αν δύο άτομα βρεθούν πολύ κοντά είναι πιθανόν ηλεκτρόνια του ενός να ξεπεράσουν το ενεργειακό φράγμα που χωρίζει τα δύο άτομα και να «ανοίξουν μια σήραγγα» για να βρεθούν στο άλλο άτομο. Στο μικροσκόπιο σάρωσης μια ακίδα από βολφράμιο βρίσκεται εξαιρετικά κοντά στο δείγμα για να μπορούν τα ηλεκτρόνια να «ρέουν» από την ακίδα προς το δείγμα και αντίστροφα
Αν η ακίδα, με υψηλό θετικό δυναμικό, βρεθεί πάνω από υλικό του δείγματος που εξετάζεται, το ενεργειακό φράγμα που χωρίζει τα ηλεκτρόνια του υλικού από την ακίδα γίνεται κβαντομηχανικά διαβατό και κάνει την εμφάνισή του ένα ασθενές ηλεκτρικό ρεύμα. Αντίθετα, όταν βρεθεί πάνω από μια εσοχή της επιφάνειας του δείγματος το ενεργειακό φράγμα γίνεται απαγορευτικά μεγάλο και το ηλεκτρικό ρεύμα μειώνεται δραστικά ή σταματάει τελείως.
‘Ετσι οι διακυμάνσεις αυτού του ρεύματος «ψυχρής εκπομπής» καταγράφουν με εκπληκτική ακρίβεια τις ανωμαλίες της παρατηρούμενης επιφάνειας.
Μια υψηλής ποιότητας ακίδα είναι εξαιρετικά αιχμηρή και η άκρη της σχηματίζεται από ένα και μοναδικό άτομο. Αυτό της επιτρέπει να ακολουθήσει ακόμη και τις μικρότερες λεπτομέρειες της επιφάνειας που ανιχνεύει. Έτσι γίνεται δυνατό να μελετηθεί η δομή της επιφάνειας άτομο με άτομο και η ακρίβεια της εικόνας να είναι ιδιαίτερα μεγάλη.
Η απόστασή της ακίδας από το δείγμα ελέγχεται με τη βοήθεια του κβαντικού φαινομένου της σήραγγας, έτσι προέκυψε και το όνομα του οργάνου.
Η οριζόντια μετακίνηση της ακίδας σε δύο ξεχωριστές κάθετες κατευθύνσεις ελέγχεται με χρήση πιεζοηλεκτρικών στοιχείων και η επιφάνεια ανιχνεύεται σε δύο παράλληλες γραμμές, σαν να σαρώνεται. Γι’ αυτό στο όνομα του μικροσκοπίου περιέχεται και η λέξη “σάρωση”.
Με το Μικροσκόπιο Σάρωσης μέσω του φαινομένου Σήραγγας» μπορούμε να επιτύχουμε μεγέθυνση πάνω από 100 εκατομμύρια φορές
