扫描隧道显微镜的诞生
自有人类文明以来，人们就一直为探索微观世界的奥秘而不懈的努力。1674年，荷兰人列文虎克发明了世界上第一台光学显微镜，并利用这台显微镜首次观察到了血红细胞，从而开始了人类使用仪器来研究微观世界的纪元。光学显微镜的出现，开阔了人们的观察视野，但是由于受到光波波长的限制，光学显微镜的观察范围只能局限在细胞的水平上，分辨率大约10-6米至10-7米的水平上。人类能否看的更小，更精确一些呢？为了达到这个目的，科学家进行了几个世纪不懈的努力。1931年德国科学家恩斯特.鲁斯卡利用电子透镜可以使电子束聚焦的原理和技术，成功地发明了电子显微镜?电子显微镜一出现即展现了它的优势，电子显微镜的放大倍数提高到上万倍，分辨率达到了10-8米。在电子显微镜下，比细胞小的多的病毒也露出了原形。人们的视觉本领得到了进一步的延伸。 现代科学的发展为新技术、新发明提供了坚实的理论依据，而科学的进一步发展又期待着新型仪器的发明和更新。在人类进入了原子时代的今天，科学技术的发展呼唤着更加精确、分辨率更高的仪器的发明和面世。人们期盼着在探索微观世界的历程中再迈出新的一步。
正象绝大多数科学的新发现和新发明都具有其偶然性和必然性一样，当二十世纪七十年代末德裔物理学家葛.宾尼和他的导师海.罗雷尔在IBM公司设在瑞士苏黎士的实验室进行超导实验时，他们并没有把自己的有关超导隧道效应的研究与新型显微镜的发明联系到一起。但是真空中超导隧道谱的研究已经为他们今后发明扫描隧道显微镜准备了坚实的理论和实验基础。一次偶然的机会，他们读到了物理学家罗伯特·杨撰写的一篇有关“形貌仪”的文章。这篇文章中有关驱动探针在样品表面扫描的方法使他们突发奇想：难道不能利用导体的隧道效应来探测物体表面并得到表面的形貌吗？以后的事实证明，这真是一个绝妙的想法。经过师生两人的不懈努力，1981年，世界上第一台具有原子分辨率的扫描隧道显微镜终于诞生了。
扫描隧道显微镜的英文名称是 Scanning Tunneling Microscope， 简称为STM。STM具有惊人的分辨本领，水平分辨率小于0.1纳米，垂直分辨率小于0.001纳米。一般来讲，物体在固态下原子之间的距离在零点一到零点几个纳米之间。在扫描隧道显微镜下，导电物质表面结构的原子、分子状态清晰可见。图1_1显示的是硅表面重构的原子照片，照片上，硅原子在高温重构时组成了美丽的图案。
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