[揽瓜阁精读] 176.Telescope

G_ellen

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耐高温北川

1、研究小于可见光波长的物质是当代科学与技术的主流，举例三个领域微观观察的应用；现在微观观察有了突破性方法，这些方法是简单仪器无法直接达到的；
2、一种新型显微镜将微观观察拓宽到可以直接观察。在不需要修改标本或将其暴露在强光中的情况下，这种设备可以以更高的分辨率映射出微观例子或特征，这种方法是难以置信的，毕竟一百多年前Abbe提出显微镜需要用透镜聚焦光线的限制；
3、新型显微镜轻松解决了上述障碍。光穿过小孔来成像，这种方法将限制从光线的波长转移到孔的大小；
4、OK认为精确定位和移动一个物体的技术是不存在的。然而EA这个人成功用长波辐射的都=来规避Abbe提出的障碍，展开说具体操作
5、那时开始有了超过传统光学显微镜分辨率的精确控制样本位置和移动的方法。RDY这个人成功以极小的精确度来操控三维物质，他依靠的是可以轻微改变大小的piezoelectrics- ceramic材料。piezoelectric controls使新型显微镜（STM）得以发展；
6、探针尖端的微电子重叠产生微小电流，电流的强弱受gap宽度的影响，约宽电流越小；
7、piezoelectric改变probe的状态，从而电流受影响（xyz三个维度上）

vogue123

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七七呀

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PennyWen95

[揽瓜阁精读] 176.Telescope
小于可见光波长的物体是当代科学和技术的主要内容。生物学家研究蛋白质或DNA的单分子;材料科学家检查晶体中的原子级缺陷;微电子工程师布置的电路图案只有几十个原子厚。直到最近，这个微小的世界只能通过繁琐的，通常是破坏性的方法，如电子显微镜和X射线衍射。它超出了任何仪器的范围，就像熟悉的光学显微镜这样简单直接。
一系列新型显微镜为直接观察打开了这一领域。这些设备能够以比以往更高的分辨率绘制原子和分子形状、电、磁和机械特性甚至温度变化，而无需修改样品或将其暴露在有害的高能辐射中。这一成就似乎难以置信。毕竟，100多年前，德国物理学家和透镜制造商Emst Abbe描述了任何依靠透镜聚焦光线或其他辐射的显微镜的根本局限性：衍射掩盖了小于辐射波长约一半的细节。
以扫描隧道显微镜为代表的新型显微镜，IBM苏黎世研究实验室的Gerd Binnig和Heinrich Rohrer于1986年获得了诺贝尔奖，克服了这一阿贝障碍。他们这样做的原则是在1956年首次描述的。那一年。当时美国陆军测绘局的A. O'Keefe提出了一种显微镜，其中光线将通过不透明屏幕上的一个小孔照射，直接照亮屏幕前方的物体。通过样品透射或通过孔反射回来的光将被记录下来，因为样品被来回扫描。O'Keefe指出，这种“扫描近场显微镜”的分辨率仅受孔的大小限制，而不受光波长的限制。原则上，该设备可以制作超分辨率图像 - 显示小于半个波长的细节的图像。
O'Keefe承认，能够以所需的精度定位和移动物体的技术并不存在。然而，通过诉诸长波长辐射，伦敦大学学院的埃里克·阿什（Eric Ash）在1972年采用了奥基夫策略来绕过阿贝屏障。他通过一个针孔大小的孔径将波长为三厘米的微波辐射穿过，并扫描它前面的一个物体，以记录分辨率为150微米的图像 - 百分之二的波长。
到那时，控制样品位置和运动的方法已经变得可用，其精度超过了传统光学显微镜的分辨率。在Ash演示的同一年，美国国家标准局的Russell D. Young成功地操纵了三维物体，精度约为一纳米（十亿分之一米）。他依靠压电陶瓷材料，当材料上的电势改变时，这种材料的大小会略有变化。
压电控制为1981年扫描近场显微镜，扫描隧道显微镜或STM的最高示例的发展开辟了道路[参见Gerd Binnig和Heinrich Rohrer的“扫描隧道显微镜”;《科学美国人》，1985年8月）。
在STM中，“孔径”是一个微小的钨探针，它的尖端磨得很细，可能只由一个原子组成，宽度只有2纳米。压电控制将尖端操纵到导电试样表面的一纳米或两纳米以内 - 如此之近，以至于探针尖端的原子的电子云和试样最近的原子重叠。当向尖端施加小电压时，电子在间隙上“隧道”，产生微小的隧道电流。电流的强度对间隙的宽度非常敏感;通常，每次间隙扩大1纳米（原子直径的一半）时，它都会减少10倍。
X和y压电控制（控制平面二维的运动）以光栅图案在样品表面上来回移动探头，其平行轨迹可能相隔几分之一纳米。如果探头保持稳定的高度，隧穿电流将急剧波动，当尖端经过表面原子等凸起时增加，并在穿过原子之间的间隙时下降到无处。相反，探头与地形一致地上下移动。反馈机制检测隧道电流的变化，并改变施加到第三个Z控制器的电压。Z 压电垂直移动探头以稳定电流并保持。

lxw111

1、        background—demand for the instrument to observe the minute world-smaller than half the wavelength.
a)        until recently only by cumbersome, destructive methods.
b)        Lay beyond the reach of direct instrument

2、        Introduction of new microscopes
a)        Capability: Can map atomic& molecular shapes, electrical, magnetic and mechanical properties and temperature variations, without damaging.
b)        100year ago Abbe: relying on lenses to light or other radiation limited the observation because of diffraction which obscures details smaller than half the wavelength.

3、        The evolution of the scanning tunneling microscope

a)        GB& HR : received a Noble prize in 1986(first described in 1956)- overcome Abbe barrier.
b)        OKe--1956: propose a microscope in which light transmitted through the specimen; this one can show details smaller than half wavelength.
c)        OKe: acknowledged that technology capable of positioning and moving an object with the needed precision did not exist.

d)        Ash--1972: -resorted to long-wavelength radiation. - adopted the OKe’s strategy to circumvent the Abbe barrier.  -recorded an image with a resolution of 150 micros-one two- hundredth of a wavelength.

e)        Young—1972: -succeed in manipulating objects in three dimensions with a precision of a nanometer. -relied on piezoeletrics-ceramic materials. -piezoeletric controls opened the way to the development of the STM.

4、        Operating principle of STM
a)        Aperture is tiny probe. Piezoelectric controls maneuver the tip to within a nanometer of the surface of specimen.
b)        Voltage is applied to the tip, electrons tunnel across the gap. Generating tunneling current whose strength is corresponded to the width of the gap.
c)        Three dimensions: X and y (two dimensions of a plane ) piezoelectric controls move the probe back and forth; Z piezoelectric moves vertically to stabilize the current.

YannTse1111

P1

-小于可见光波长的物质是当今科学技术的staple。

-科学家研究dna、晶体结构、原子等等。

-直到最近微观世界才被电子显微镜和x光diffraction观察到。

-这些仪器超越了以前简单的显微镜，

P2

-新的显微镜带来新的观察。

-描述技术进步，功能变多了，损耗减少了。

-100年前的显微镜还有限制：折射导致小于波长一半的物质看不清。

P3

-新的望远镜是scanning tunneling望远镜，1986年发明者GB和HR突破了Abbe barrier赢得了诺贝尔奖。

-O在1956年提出原理：光通过小洞照射到不透明的屏幕，照亮样本；光穿过样本反射回洞口会被记录扫描下来。

-解决“scanning near-filed microscope”的办法就是限制洞口大小不被光的波长穿过。

-这种原理下仪器就能显示小于波长一半的物体。

P4

-EA采用了O的原理尝试解决长波辐射避开Abbe barrier。

P5

-解决传统显微镜存在的问题变得有可能。

-RDY也进行尝试。

-到了1981年GB和HR实现突破制造出了scanning tunneling望远镜（STM）。

P6

-解释STM的原理，要用到一根探针

P7

-探针如何操纵使用。