自制能看到原子的显微镜
题外话：扫描隧道显微镜的诞生
20世纪30年代，出现了一种借助电子来显示物体表面结构的显微镜，那就是场-发射显微镜。1937年，埃尔温·威廉·穆勒发明了场-发射显微镜，直接把发射体表面的图像投射到荧光屏上。因为是“直接投射”，这种显微镜的放大倍数，大约等于荧光屏半径除以发射体半径，可以达到100万。场-发射显微镜和场-离子显微镜，是迄今最得力的显微镜之一。场-发射显微镜的分辨率可以达到2纳米。场-离子显微镜的分辨率更高，可以达到0.2纳米。0.2纳米的分辨率是什么意思呢？就是说，荧光屏上能够显示出样品(针尖)表面上的单个原子。在场-离子显微镜中，样品尖端要承受强大的电场力作用。因此，场-离子显微镜仅用于研究金属材料，无法进行生物分子的研究。
电子显微镜观察的物体要放在真空中，要接受脱水处理，而且要接受高速电子的打击。因此，能放进电子显微镜观察的试样受到限制，观察结果也受到影响。科学技术的发展，需要基于新原理的显微镜；而显微镜要在理论上有所突破，必须依赖基础科学的革命性的进展。1958年，日本科学家江崎玲於奈在研究重掺杂PN结时发现了隧道效应，揭示了固体中电子隧道效应的物理原理。江崎玲於奈与贾埃弗、约瑟夫森分享1973年诺贝尔物理学奖。
1978年，一种新型显微镜的灵感，在一次谈话中产生了。一天，IBM公司苏黎世实验室的科学家罗雷尔向德国研究生宾尼希介绍他们实验室的表面物理研究计划。31岁的宾尼希提出，可以用隧道效应来研究表面现象啊！罗雷尔对他的想法很有兴趣。于是，1978年底，罗雷尔就邀请宾尼希来到苏黎世，一起研制利用隧道效应的显微镜。宾尼希和罗雷尔克服了重重困难，终于在1981年研制出扫描隧道显微镜。它是显微技术的又一个革命性的进展，放大倍数达到数千万倍。这种新型显微镜的革命性表现在，它是借助隧道效应研究材料表面。因此，它不使用透镜，对样品无破坏性，而且可以获得三维图像。
扫描隧道显微镜的研制成功，展示的是综合性成果之和谐美。最早利用隧道效应来研究表面现象的不是宾尼希和罗雷尔，而是美国物理学家贾埃弗。我们可以想见，观察样品表面原子尺度，必定要求仪器具有极高的稳定性。贾埃弗未能克服这个巨大的障碍。宾尼希和罗雷尔却在3年时间里，实现了理论上、实验技术上和机械工艺上三大方面的突破，解决了仪器的稳定性难题，取得了最后的成功。没有机械工艺上的突破，扫描隧道显微镜是无法成功的。
扫描隧道显微镜分辨率极高，水平方向达到0.2纳米，垂直方向更达到0.001纳米，可以给出样品表面原子尺度的信息。我们知道，一个原子的典型线度是0.3纳米。对于单个原子成像来说，这样的分辨率已经是足够了。扫描隧道显微镜的发明，促进了生物科学、表面物理、半导体材料和工艺、化学作用的研究。扫描隧道显微镜技术还在继续发展。例如，为了弥补扫描隧道显微镜只能对导体和半导体进行成像和加工这个缺陷，研制出能在纳米尺度对绝缘体进行成像和加工的原子力显微镜。