[揽瓜阁精读] 176.Telescope

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爆裂鼓手

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jush17

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jush17

1. 比可见光波长更短的物质是当代科学和技术的重点对象。直到最近，这个微观世界只能通过大而笨重而且需要通过穿透性/破坏性的方法去观测，比如电子扫描和X光辐射。它还有很大的空间值得科学家们去探索。

2. 一系列新的显微镜技术实现了直接观察的可能性。这个装置可以绘制原子和单细胞形状，电磁物质属性甚至是高分辨率下的温度变化，不需要调整标本甚至暴露在高能量辐射物质中。这项进步看起来像是一项大的进步，毕竟超过100年前，德国物理学家和成像学家E.Abbe 描述了任何显微镜的基础局限是成像建立在光辐射和其他辐射：衍射使得小于一个半光波长的物质观察成为困难

3.新的显微镜成像技术是通过扫描隧道显微成像技术，发明这项专利的科学家最终获得了诺贝尔奖。这种原理是光可以在显微镜的细小通道里面不透明的镜像前发光，直接照射前面屏幕前的物体。光穿过样本或者反射回来都会被记录，这样样本就被来回扫描。这种技术的局限性将仅存在于细小通道的大小，而不再是光的波长。在这种原理下，这种装置可以获得小于半个波长物质的超高清图像

4.科学家承认定位和移动某一个物体在一个指定精度的技术是不存在的。但是一个伦敦科学家解决了这个问题。将微波辐射穿过三厘米波长，经过一个针孔的小洞，扫描前面的物件得到了所需精度的图像。

5.直到那时，精确控制样本位置和移动穿过光学显微镜成为可能。文章又提到了Russell D. Young的研究进一步验证了这个结论，通过Piezoelectric的方法。

6& 7. 在STM方法里，这个小洞是一个微小的钨探测仪。这种方法仅仅通过一个原子和0.2纳米宽的方法实现。后面具体讲了piezoelectric的成像方法。

tomxeom1100

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锅巴一号

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爆裂鼓手

（一）小于可见光波长的物体是当代科学技术的主要内容。生物学家研究蛋白质或DNA单分子，材料学家检查晶体中的原子级缺陷，微电子。。。直到最近，这个微小的世界还只能通过繁琐且往往具有破坏性的方法来观察，比如电子显微镜和x射线衍射。它是任何像我们所熟悉的光学显微镜那样简单直接的仪器都无法达到的。
（二）一组新的显微镜打开了这一领域的直接观察。该装置可以绘制原子和分子的形状、电、磁和机械性质，甚至温度变化的分辨率比以往任何时候都要高，而不需要修改标本或将其暴露在破坏性的高能辐射中。这一成就令人难以置信。毕竟，100多年前，EA描述了任何依靠透镜聚焦光或其他辐射的显微镜的一个基本限制：衍射会模糊小于辐射波长一半的细节。
（三）GB和HR因其在1986年获得诺贝尔奖而以扫描隧道显微镜为代表的新型显微镜克服了A壁垒。他们这样做的原理在1956年首次被描述出来。在那一年，O提出了一种显微镜，在这种显微镜中，光线可以穿过不透明屏幕上的一个小孔，照亮屏幕正前方的物体。当样本被来回扫描时，通过样品或通过孔反射回来的光被记录下来。O指出，这种扫描近场显微镜的分辨率只会受到孔洞大小的限制，而不会受到光的波长的限制。原则上，该设备可以制作超分辨率图像——图像显示的细节小于半个波长。
（四）O承认，能够以所需精确度定位和移动物体的技术还不存在。然而，EA在1972年采用了O策略，通过使用长波长辐射，绕过了A壁垒。他将波长为3厘米的微波辐射通过针孔大小的孔径，扫描物体前面的物体，以记录分辨率为150微米的图像。
（五）到那时，控制样品位置和移动的精确程度已经可以超过传统光学显微镜的分辨率。在Ash演示的同一年，RY成功地在三维空间以1纳米的精度操纵物体。他依靠p材料，当材料上的电势发生变化时，陶瓷材料的尺寸会发生微小的变化。P控制为1981年的发展开辟了道路，这是扫描近场显微镜的最高典范，即扫描隧道显微镜。
（六）在STM中，“孔径”是一个微小的探针，它的尖端磨得非常细，可能只有一个原子组成，宽度只有0.2纳米。压电控制将探针尖端控制在导电样品表面1纳米或2纳米的范围内。当在尖端有电压时，电子就会贯通过去空隙，产生微小的遂穿电流。电流的强度对缝隙的宽度非常敏感：通常情况下，每隔1次，它就会减少10倍，空隙就会增宽0.1纳米。
（七）x和y压电控制将探针以格式在样品表面来回移动，其平行轨迹之间的距离可能只有纳米的几分之一。如果探针保持一个稳定的高度，遂穿电流就会剧烈波动，当探针穿过表面原子等凸起时，遂穿电流就会增加，而当它穿过原子间的间隙时，遂穿电流就会下降到0.相反，探测器上下移动与地形一致。反馈 机制可以感知隧道电流的变化，并改变施加到第三个控制单元Z上的电压。Z电压使探头垂直移动以稳定电流并保持。

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