03.05 科學家是怎麼看見那麼小的粒子的?用顯微鏡能看到嗎?

科學船塢


粒子並不是固體小球,實際上科學家根本無法看到各種粒子的真實圖像,我們看到的只是一種測量效應,圖像都是通過測量數據合成的。打個不恰當的比喻,這就像是盲人摸象。

目前科學家也只能觀察到原子階段,至於亞原子粒子(質子和中子都屬於亞原子粒子),就有心無力了。普通的光學顯微鏡肯定是不行的,要想觀察原子世界,必須要用到電子顯微鏡,特別是掃描隧道顯微鏡(STM)。世界上最早能看到原子尺度的顯微鏡是場離子顯微鏡(FIM)。


掃描隧道顯微鏡是一種非常先進的電子顯微鏡,分辨率可以達到納米級別。掃描隧道顯微鏡在零下270℃的超低溫狀態下,還可以利用探針尖端精確操控移動單個原子或分子,因此它在納米技術領域意義非凡。掃描隧道顯微鏡利用的是電子隧穿效應。


光學顯微鏡(OM)利用的光波成像,光學顯微鏡受限於光的波長,無法看清小於0.2um的細微結構,這些結構稱為亞顯微結構。人眼也是因為接收到可見光才能看清世界。要想看到更精細的結構,就必須用波長更短的電子束代替可見光和紫外光。

電子顯微鏡正是利用了電子光學原理,用電子束代替光束,用磁場代替光學透鏡,可以獲得比普通光學顯微鏡分辨率高一千倍的圖像。電子顯微鏡可以分為透射式電子顯微鏡(TEM)與掃描式電子顯微鏡(SEM)。透射式電子顯微鏡目前的分辨率可以達到0.1~0.2納米。除此之外,還有原子力顯微鏡


(AFM)。

簡單點來說,光學顯微鏡利用的是光學信號成像,電子顯微鏡利用的是電子信號成像。波長越短,成像的分辨率越高。


科學探索菌


顯微鏡故名只能顯示中質、原子的大小,還有方法可以顯示比中質、原子還小的東西……鏡片折射任一級別放大,調整好角度,立馬可以看到微小世界的一切。有興趣的可以合作申請專利。原創。


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