显微镜下的小小世界

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雪

“我盯着这些图片简直停不下来，我进入了一个新世界。”1986年被授予诺贝尔奖的Gerd Binnig说。

四年以前的1982年，他和Heinrich Rohrer发明出了一台可以观察到组成物质的原子的显微镜。这台显微镜不但能能探测到原子——也能移动原子。

几个世纪以来，人类想要看到超越肉眼分辨率的图像只能依靠光线和各种镜头。但是自从1930年起，人类第一次超越了光学显微镜的分辨率。

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用目前的透射式电子显微镜观测到的枯草芽孢杆菌

1933年，德国物理学家发明出了一台叫做“透射式电子显微镜”的设备，成像倍数超过了当时最好的光学显微镜。这台电子显微镜向观测物体发送的不是光波，而是电子。随着技术的提升，小小世界的清晰度越来越高。

短短数年后，另一名德国发明家发明出了能够显示样本深度和表面特诊的扫描电子显微镜。

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硅气凝胶

今天最高级的透射式电子显微镜无比强劲，观测到的图像必须用皮米(10^-12米)来测量。

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圣海伦火山的火山灰微粒

Binnig和Rohrer所造的显微镜有所不同，这台显微镜有一台极小的探测器，可以指向样本表面附近的单个原子。探测器通过电子隧道效应获得物体信息，利用这些信息就能重建物体表面原子级别分辨率的图像。

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石墨烯

有了这些发明，过去几十年纳米科技的研究进步才能如此神速。这些探测装置不但能够看到原子级别，而且能够触摸到原子，将原子移动到特定位置。

人们总是说扫描隧道显微镜和纳米科技的关系就像望远镜和天文学之间的关系一样。但是扫描隧道显微镜还能移动所观测的对象，造出自然界从来没有存在过的纳米级结构。至今为止还没有哪台望远镜能把火星和金星凑一块的。

本文译自 The Atlantic，由 王大发财 编辑发布。