[揽瓜阁精读] 146. 显微镜

Congmy · 发表于 2022-10-24 10:38:36

文章主题：介绍新型显微镜及其工作原理（文章与原标题不符）
P1：【观察极小物体很难】说明小于可见光波长的物体是当代科学技术的主要内容，用了个排比句举例，说微小世界只能通过繁琐、具有破坏性的方法来观察，比如电子显微镜和X-ray。它是任何简单直接地仪器都无法达到的。
P2：【介绍一个新成就】一组新的显微镜打开了这一领域的直接观察。这种设备能绘制原子和分子的形状，电磁和机械性能，甚至温度变化的分辨率比之前都高，而不需要修改样本或将其暴露在高能辐射下。这一成就似乎令人难以置信，毕竟100多年前的物理学家EA描述了显微镜的一个基本限制。
P3：【具体说明这个新成就】以扫描隧道显微镜为代表的新型显微镜轻而易举地克服了EA描述的障碍。然后具体说明了这个显微镜的工作原理，以及该设备的优势。
P4：【继续克服障碍】UCL的Eric在1972年采用了O’K的策略来绕过了已有的障碍。
P5：【描述成就带来的价值】那时控制样品位置和移动的精确度已经超过传统光学显微镜的分辨率。RDY依靠一种新材料成功在很小的空间操纵物体，这种技术在1981年开创了STM的发展之路。
P6：【具体描述STM】里面的“孔径”是一个微小的针，尖端磨得非常细。压电控制将这个尖端控制在很小的范围内，使尖端原子的电子云与样本中的最近原子的电子云重叠，在尖端施加一个小电压时，电子就会穿过间隙，产生隧穿电流。电流的强度对缝隙的宽度很敏感。
P7：【继续说明上述隧穿电流】压电控制移动探针，探针保持一个倾角，隧穿电流就会急剧波动，随原子形状变化上升下降。而与之相反，探测器上下移动与地形一致。

Wavelength波长
Implausible难以置信的，不像真实的
Aperture孔，穴；（照相机，望远镜等的）光圈，孔径；缝隙
Piezoelectric压电的
Topography地势，地形，地貌
Voltage电压、伏特数

Sophie_Lee · 发表于 2022-10-24 10:42:25

P1: 介绍微观粒子对于科学研究的重要性和观测难度
比可见光的波长还要小的物体是现代科技的支柱。生物学家研究蛋白质的单分子或者DNA；材料科学家研究晶体中的原子大小的缺陷；微电子工程师制作仅有原子厚度的电路图样（举例子证明这些微观粒子确实对于人们的科学研究很重要）。直到现在，这些微观世界只能被一些笨重的，并经常对这些微观粒子有毁坏性的方法观测，比如电子显微镜和x射线衍射。观察它所需要的仪器超出了任何像我们熟悉的光学显微镜那样简单和直接的仪器的范围。

P2: 介绍一种可以直接观察微观物体的显微镜-劣势是：一一些小于波长一半的细节无法观测到
一些新的显微镜可以直接观察这些微观物体。这种机器在不会改变或者损伤样本的情况下，可以观察到原子和分子的形状、电子的磁场的和机械的性质甚至是在更高分辨下观察温度变化。这个成就看起来是难以实现的。超过100年以前，Abbe就认为任何显微镜的核心限制在于依靠镜片来聚光或者辐射，衍射使科学家们无法看见小于光辐射波长一半的那一部分的细节。

P3: 介绍另一种显微镜可以解决P2显微镜的问题-劣势-不能将物体移动到自己想要的精准位置上，或者不能更加精准的定位
另一种新的显微镜-scanning tunneling microscope解决了Abbe的问题。O'Keefe推出了一款显微镜，光线可以穿过小洞并投射到透明板上，直接在透明板前面映射出微观物体。去照亮样本或者通过小洞反射回来的光线会被反复的扫描。O'keefee认为这种“scanning near field microscope" 只受限于洞的大小但并不限制于光的波长。实际上这种显微镜可以展现出小于波长一半的那一部分的细节。（解决了P2显微镜的问题）。O'keege承认这种显微镜的缺点是在并不能将微型物体准确地定位或者移到所需的比较精确的位置。然而Ash借助了长波辐射，采用O'keefe的方法来解决了abbe的难题。他是使用一个3cm光波长的波光通过小孔并且在透明光版前扫描这个物体，并以150微米（一个1/100的波长长度）画出这个物体。

P4-P5: 开发了STM显微镜解决无法精确定位样本的问题
能够控制样本的准确位置和移动的方法成为了比开发能够观测到更细微的微观物体更为当务之急的事情。同年，Ash成功地控制在三维空间以纳米的误差精确控制了微观物体的位置。（Ash如何做的呢？）他依靠于压电现象-当材料上的电势发生变化时，陶瓷材料的尺寸会发生轻微的变化。依靠压电现象发明了一个stm显微镜。STM显微镜拥有钨质探针，它的尖端非常细，可能只由一个原子组成，并且可以精确测了2纳米的宽度。通过压电现象来操控探针的尖端测量样本的大小。当探针上的原子和样本中的原子接触就会产生电子流，在探针尖端和样本之间产生电压/电势差。电子就会根据电势差流动到探针尖端或者样本，从而在尖端和样本之间产生电流，然后促使指针移动。

天菜超超超 · 发表于 2022-10-24 10:44:59

Mark一下！

科科拖拉机 · 发表于 2022-10-24 10:46:00

Mark一下！

xxxx44 · 发表于 2022-10-24 10:50:15

1. 研究小于光波长的可见物质是当代科技的主要内容。光学显微镜达不到其笨拙的、破坏性的的研究方法的要求。2. 新显微镜家族开启了直接观测的新纪元。弥补了破坏性的缺点，在更复杂的环境下做出更精确的观测。看起来难以实现，100多年前abbe提出依靠镜片和光的显微镜使科学家看不到小于光波长的那部分物质的细节。
3. STM弥补了abbe提出的不足，AO说这个显微镜使观测只受限于hole的大小不受限于光波长。
4. AO说这个技术可以根据所需物质所需的精确度来定位和移动。EA在AO基础上克服了abbe的障碍
5. 在此之前，控制样本所需精确度控制物质位置和移动的方法超过光学显微镜的分辨率。RDY的三维方法为STM 开辟了道路。
6. STM 的工作原理，通过对尖端像针一样的孔径施加电压，使电子在穿过间隙时产生电流。
7. 介绍这种电流。通过改变对尖端的电压使电流剧烈波动，随原子上下移动。

lucy宓 · 发表于 2022-10-24 10:50:22

1 研究细小物质很难用排比句说明各行各业的困难直到如今也只有繁琐（cumbersome）并且破坏性的方法
2有一种新型显微镜可以研究微小物质所有方面都比之前有更好的解决方案这个成就是难以置信的
3讲述了这个成就的底层逻辑
4 OK认识到能够定位和移动所被需要的精确科技是不存在的然而他克服了这一困难
5具体讲述如何克服这个困难 ST M
6讲述STM运作方式对于测量非常精确（exquisitely）
7讲述了 XYZ的运作方式

奶茶肚 · 发表于 2022-10-24 10:52:49

今天第一篇！！！！！

ZZhiyan · 发表于 2022-10-24 11:49:02

同意！

PennyWen95 · 发表于 2022-10-24 11:50:07

看一下！

Yoga54 · 发表于 2022-10-24 11:58:32

看一下！

[揽瓜阁精读] 146. 显微镜

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