上海光學儀器廠，曾經(jīng)為發(fā)展民族工業(yè)，填補國內(nèi)空白，奠定了國家光學工業(yè)的系列化， 并先后與德國蔡司-歐波同（ZEISS-OPTON）、徠卡（LEICA）等國際著名光學公司合作生產(chǎn)各類精密光學儀器。

掃描穿隧式顯微鏡是利用量子穿隧效應(yīng)探測晶體表面原子結(jié)構(gòu)的儀器。由格爾德？賓寧及海因里希？羅雷爾在1981年于瑞士蘇黎世的IBM蘇黎世實驗室發(fā)明，因其解析度可達次原子尺度，使兩位發(fā)明者榮獲1986年的諾貝爾物理學獎。

掃描穿隧式顯微鏡問世源自于人類探索微觀世界的求知欲。早在16 世紀末期，就有了世上第一架顯微鏡，隨后應(yīng)用在生物學的觀測上，開啟觀測微小世界的大門。為了看到更多、更清晰的微物景象，人們不斷改良光學顯微鏡，然而礙于光波波長影響監(jiān)別距離的限制，縱使擁有更精密的對焦機制、消除光學上的像差影響等，光學顯微鏡的解析度仍受限在一微米左右，阻礙人們觀測微觀世界的可能，使科學家竭盡心智地想加以突破。

顯微鏡階段性突破的發(fā)展要感謝1924年法國物理學家德布羅意提出的物質(zhì)波理論，該理論說明粒子的頻率和總能量成正比關(guān)系，故可推導出具有動能為數(shù)電子伏特的電子所具有的物質(zhì)波波長為數(shù)埃。因此若用電子來成像，數(shù)埃波長下的顯微鏡監(jiān)別率可以大大提升，甚至有希望監(jiān)別出個別原子，這一令人興奮的發(fā)現(xiàn)，掀起對電子顯微鏡發(fā)展的熱潮。電子顯微鏡的先驅(qū)者是魯斯卡，他在1931年利用電子在磁場中會改變運動方向的原理，將電子束加以聚焦，因功能類似聚焦光束的透鏡，故稱之為磁透鏡。而后，魯斯卡利用磁透鏡制作出真正具有放大功能的電子顯微鏡，也因此和上述的賓寧、羅雷爾同獲1986年的諾貝爾物理學獎。

掃描穿隧式顯微鏡一問世即可讓發(fā)明者榮獲諾貝爾物理學獎，顯然有其道理。

1978年賓寧與羅雷爾相遇，賓寧提議利用真空的量子穿隧效應(yīng)來設(shè)計新的研究工具，這個想法深獲羅雷爾的贊同。他們在蘇黎世IBM新建的表面科學實驗室展開研究工作。由于產(chǎn)生真空穿隧效應(yīng)，需要一個非常尖銳的探針極端地接近樣品的表面，再施加約1伏特的電位差于探針及樣品之間，以產(chǎn)生電子穿隧現(xiàn)象，進而測出穿隧電流；因此如何制作出具尖銳尖端的探針、減少外在因素對探針的影響和如何進行樣品表面的掃描，都是制作新型顯微鏡必須克服的難題。經(jīng)過兩年多的嘗試與改進，他們在1981年掃描出清晰、明確且可以重復(fù)地包含金晶體表面兩原子平臺間的原子陡壁，引起物理界的注目。而后經(jīng)各大實驗室加以研究改進，很快地在1985年發(fā)展出成熟的技術(shù)，并廣泛的應(yīng)用；因此在1986年頒發(fā)諾貝爾物理學獎給掃描穿隧式顯微鏡的發(fā)明者。

掃描穿隧式顯微鏡透過掃描過程中穿隧電流的強弱，可敏感地反映出樣品表面的平滑程度；若再配合夠尖的探針，即具有原子范圍的監(jiān)別能力。另外，其待測樣品通常不需事先處理，且可配合所需的環(huán)境—真空、大氣下、水溶液中等—架設(shè)，具高彈性的設(shè)計使之容易與其他系統(tǒng)結(jié)合使用，造價也較電子顯微鏡便宜。雖然掃描穿隧式顯微鏡受限于可導電的樣品，且樣品高度落差不可太大，但近年來半導體工業(yè)興起，業(yè)界急需了解金屬及半導體的表面物理、化學性質(zhì)，掃描穿隧式顯微鏡剛好在各方面符合業(yè)界的需求，對人類追求的奈米科技有著重大的影響。

掃描穿隧式顯微鏡的觀測成果
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