A finales de los años 70, en el IBM Research Laboratory de Rüschlikon, cerca de Zúrich, Heinrich Rohrer encarga a Gerd Binnig, físico recién incorporado, investigar un problema de óxidos finos relacionado con un proyecto de superconductividad. Rohrer y Binnig, ambos con formación en superconductividad y fascinados por el comportamiento de las superficies atómicas, deciden en su lugar construir un instrumento completamente nuevo basado en el efecto túnel cuántico —el fenómeno por el cual un electrón puede atravesar una barrera de energía que, según la física clásica, no debería poder superar—, en lugar de adaptar la instrumentación existente. En enero de 1979 presentan la primera solicitud de patente. Christoph Gerber, que llevaba en el laboratorio desde 1966, se incorpora al proyecto para resolver los problemas técnicos críticos: el aislamiento de vibraciones mecánicas y el control preciso de la posición de una punta metálica a una distancia de apenas unos angstroms de la superficie de una muestra. A ellos se suma Edmund Weibel, ayudante de investigación. La noche del 16 de marzo de 1981, el equipo confirma por primera vez que la corriente de efecto túnel depende de forma exponencial de la distancia entre la punta y la superficie —la pieza de física central del instrumento—, y logra controlar de forma externa y reproducible esa distancia en una cámara de vacío. El primer artículo que reporta el resultado es rechazado inicialmente por una revista de física de prestigio tras informes contradictorios de los revisores, y se publica finalmente en Applied Physics Letters a finales de 1981. Un segundo artículo, "Surface Studies by Scanning Tunneling Microscopy", publicado en julio de 1982 en Physical Review Letters y firmado por los cuatro —Binnig, Rohrer, Gerber y Weibel—, demuestra el verdadero alcance del instrumento: por primera vez en la historia, es posible obtener una imagen topográfica real de una superficie a escala atómica, resolviendo escalones monoatómicos y reconstrucciones superficiales sobre oro y otros materiales. El microscopio de efecto túnel no emplea lentes ni radiación que atraviese la muestra, como los microscopios ópticos o electrónicos: una punta metálica de un solo átomo de anchura barre la superficie a una distancia constante, y la corriente de efecto túnel que fluye entre la punta y la muestra se traduce en un mapa tridimensional de la disposición atómica. La técnica abre por primera vez la posibilidad de observar e, inmediatamente después, manipular átomos individuales, y se convierte en el instrumento fundacional de la nanotecnología como campo científico. En 1986, cinco años después de la primera prueba exitosa, Binnig desarrolla además, junto con Christoph Gerber y Calvin Quate, el microscopio de fuerza atómica (AFM), que extiende la técnica a superficies no conductoras.