Además de mostrarnos la topografía del paisaje atómico de un objeto, nos permite estudiar sus propiedades estructurales, electrónicas y dinámicas.

También podemos usarlo para estudiar fenómenos importantes que ocurren en las superficies tales como el crecimiento epitaxial,⁵ la formación de nanoestructuras y la reacción de moléculas con las superficies. Por ejemplo, usando el STM, hemos estudiado la adsorción de moléculas de antimonio
(Sb₄) sobre una superficie de silicio.⁶ Inicialmente la molécula tenía una geometría tetragonal (piramidal), pero al interactuar con la superficie, cambió a una geometría plana en forma de cuadrado, para finalmente dividirse en dos partes. Esta manera de adsorción permite que al aumentar la cantidad de antimonio, se forme una capa delgada (del grosor de un solo átomo) de Sb sobre el silicio. Usando esta clase de sistemas, se pueden fabricar dispositivos electrónicos de mejor calidad [3].

Otra posibilidad que nos ofrece el STM es la capacidad de mover átomos individuales y colocarlos en otras posiciones. Con él es posible empujar, jalar, recoger y soltar átomos y moléculas. Para hacer esto, el microscopio debe operar dentro de una cámara muy especial, a una muy baja temperatura y en un ambiente de vacío casi total. Las temperaturas son tan bajas que la punta se puede estabilizar sobre un solo átomo por largos períodos de tiempo. Las condiciones de ultra alto vacío limpian la cámara de las moléculas que están en el aire, las cuales pudiesen interferir con el funcionamiento del microscopio para la manipulación de átomos. Podemos decir que se crea una atmósfera parecida a la del espacio exterior.

En la figura 4 se muestra un arreglo en forma circular con 34 átomos de plata sobre una superficie del mismo material. Esta clase de arreglo se llama en la jerga científica, un corral cuántico: los electrones están acorralados por los átomos del anillo. Dentro del círculo de átomos de plata y sobre la superficie, se pueden observar contornos concéntricos brillantes y oscuros, en forma similar a las ondas del agua que se forman cuando se deja caer una piedra en una laguna. Estos círculos concéntricos muestran en forma directa el comportamiento ondulatorio de los electrones, una de las predicciones más importantes de la física cuántica.

Muchas otras cosas pueden hacerse con el STM. Por ejemplo, inducir reacciones químicas: con la punta se puede romper enlaces entre átomos, reacomodarlos y formar nuevos compuestos. Para romper los enlaces, el STM excita la molécula con una corriente de electrones que tunelean de la punta hacia la molécula, haciendo que el enlace entre átomos se quiebre (cuadro 2). Lo opuesto también es posible: se inyecta electrones a dos moléculas separadas de tal manera que haya rompimiento de algunos de sus enlaces, y posteriormente las dos moléculas se enlazan y forman una nueva [4].

En años recientes se ha comenzado a usar el STM para fabricar dispositivos de dimensiones nanométricas. Por ejemplo, se ha construido un nanointerruptor usando la molécula de la clorofila de la espinaca. Mediante la inyección de electrones a dicha molécula, ésta adquiere cuatro posiciones diferentes que varían de lineal a completamente curvada, las cuales pueden ser controladas, creando así un interruptor molecular de cuatro pasos con precisión atómica. En un futuro, podríamos usar estos interruptores en nanocircuitos, dispositivos bioelectrónicos o en aparatos médicos [5].