显微镜发展历史–扫描穿隧式显微镜的诞生

上海光学仪器厂，曾经为发展民族工业，填补国内空白，奠定了国家光学工业的系列化， 并先后与德国蔡司-欧波同（ZEISS-OPTON）、徕卡（LEICA）等国际著名光学公司合作生产各类精密光学仪器。

扫描穿隧式显微镜是利用量子穿隧效应探测晶体表面原子结构的仪器。由格尔德？宾宁及海因里希？罗雷尔在1981年于瑞士苏黎世的IBM苏黎世实验室发明，因其解析度可达次原子尺度，使两位发明者荣获1986年的诺贝尔物理学奖。

扫描穿隧式显微镜问世源自于人类探索微观世界的求知欲。早在16 世纪末期，就有了世上第一架显微镜，随后应用在生物学的观测上，开启观测微小世界的大门。为了看到更多、更清晰的微物景象，人们不断改良光学显微镜，然而碍于光波波长影响监别距离的限制，纵使拥有更精密的对焦机制、消除光学上的像差影响等，光学显微镜的解析度仍受限在一微米左右，阻碍人们观测微观世界的可能，使科学家竭尽心智地想加以突破。

显微镜阶段性突破的发展要感谢1924年法国物理学家德布罗意提出的物质波理论，该理论说明粒子的频率和总能量成正比关系，故可推导出具有动能为数电子伏特的电子所具有的物质波波长为数埃。因此若用电子来成像，数埃波长下的显微镜监别率可以大大提升，甚至有希望监别出个别原子，这一令人兴奋的发现，掀起对电子显微镜发展的热潮。电子显微镜的先驱者是鲁斯卡，他在1931年利用电子在磁场中会改变运动方向的原理，将电子束加以聚焦，因功能类似聚焦光束的透镜，故称之为磁透镜。而后，鲁斯卡利用磁透镜制作出真正具有放大功能的电子显微镜，也因此和上述的宾宁、罗雷尔同获1986年的诺贝尔物理学奖。

扫描穿隧式显微镜一问世即可让发明者荣获诺贝尔物理学奖，显然有其道理。

1978年宾宁与罗雷尔相遇，宾宁提议利用真空的量子穿隧效应来设计新的研究工具，这个想法深获罗雷尔的赞同。他们在苏黎世IBM新建的表面科学实验室展开研究工作。由于产生真空穿隧效应，需要一个非常尖锐的探针极端地接近样品的表面，再施加约1伏特的电位差于探针及样品之间，以产生电子穿隧现象，进而测出穿隧电流；因此如何制作出具尖锐尖端的探针、减少外在因素对探针的影响和如何进行样品表面的扫描，都是制作新型显微镜必须克服的难题。经过两年多的尝试与改进，他们在1981年扫描出清晰、明确且可以重复地包含金晶体表面两原子平台间的原子陡壁，引起物理界的注目。而后经各大实验室加以研究改进，很快地在1985年发展出成熟的技术，并广泛的应用；因此在1986年颁发诺贝尔物理学奖给扫描穿隧式显微镜的发明者。

扫描穿隧式显微镜透过扫描过程中穿隧电流的强弱，可敏感地反映出样品表面的平滑程度；若再配合够尖的探针，即具有原子范围的监别能力。另外，其待测样品通常不需事先处理，且可配合所需的环境—真空、大气下、水溶液中等—架设，具高弹性的设计使之容易与其他系统结合使用，造价也较电子显微镜便宜。虽然扫描穿隧式显微镜受限于可导电的样品，且样品高度落差不可太大，但近年来半导体工业兴起，业界急需了解金属及半导体的表面物理、化学性质，扫描穿隧式显微镜刚好在各方面符合业界的需求，对人类追求的奈米科技有着重大的影响。

扫描穿隧式显微镜的观测成果
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