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發布時間:2020-10-14 20:03  





原子級顯微鏡可以說各有優勢
不同的原子級顯微鏡可以說各有優勢。老牌的SEM(Scanning Electron Microscope)可以獲得很多樣品信息,但能觀測到的半徑仍大于一些小半徑原子; 新式的STM(Scanning tunneling Microscope)此種顯微鏡的樣品便不限制成針狀,可用來看像的樣品范圍更大了;另外還有TEM(Transmission electron microscope),雖然分辨率很高,但樣品要切成一片很薄的膜,技術上比較困難,而且會將樣品結構破壞,價錢亦較昂貴。雖說原子解析技術不再被FIM獨占,但目前能有與多的研究或實驗都需要靠FIM才能做,像是單獨原子,或單一原子團在特定的表面之原子運動過程。

真正理解材料的化學和物理性質
為了真正理解材料的化學和物理性質,我們需要更加地繪制出原子的排列方式。1959年,物理學家理查德· 費曼 (Richard Feynman)在美國物理學會演講時提到,“在尺度范圍來觀測材料,有非常多的應用空間”。這里的尺度,費曼將其設定為0.1 埃,當顯微鏡的分辨率達到0.1 埃后,受原子熱振動的限制,顯微圖像就會到達物理極限。小的結構變形會影響磁性、化合價和自旋態(spin state),而分辨率達到極限后,結構變形就會變得明顯。

我們迫切需要更敏銳的顯微鏡,來幫助科學家解決重要的世界難題
我們迫切需要更敏銳的顯微鏡,來幫助科學家解決重要的世界難題:太陽能、蓄電池和燃料電池,計算機存儲芯片和固態照明,這些材料都需要向更發展。而通過顯微鏡得到的原子的三維圖像,將會為我們揭示,原子之間的相互作用是如何實現或限制材料功能的;重要的是,我們可以從中得知應該如何增強材料功能。 對于電子和掃描探針顯微鏡,一些附加信號(如輻射光或電子流等)可能會被同時收集。因此,科學家可以測試,特定的晶格缺陷會不會抵消或增強固態照明或太陽能電池的效果,一個分子是如何與基質相互作用的,或者局部極化梯度如何影響鐵電和極性材料的氧化態和磁性性能。

加速顯微技術的發展,需要做3件事
近些年來,研究人員以相對較低的成本,通過更改像差校正器(aberration corrector)的設計方式,將顯微鏡的分辨率提高到了0.2埃。對顯微鏡、材料、光學器件和電子器件進行微調,并降低環境噪聲,可以提高顯微鏡的成像穩定性。而提高顯微鏡分辨率的主要障礙則來自商業——如果需求不足,投資回報的預期很低,那么制作顯微鏡的公司不會向太過專業的領域投資。 加速顯微技術的發展,需要做3件事:學術界和工業界積極合作,政府提供資金,成立專門的中心來發展計算能力、數據存儲和分析技術。
