我们通过显微镜看到的原子，是原子的原子核，还是包括电子在内的整个原子？

本文于1990年4月5日发表nature正刊，题目是“Positioning single atoms with a scanning tunnelling microscope (单个原子通过扫描隧道显微镜放置)被引用近3000次，google scholar有免费下载链接。个人认为这篇文章本身就是一个很好的答案。DM Eigler,EK Schweizer都是IBM加州圣何塞研究所的研究员。1981年*早的隧道扫描显微镜是由Gerd Binning和Heinrich Rohrer在IBM诺贝尔物理学奖由苏黎世实验室发明，1986年与电子显微镜发明人分享。可见隧道扫描显微镜是IBM独门绝学，摆自己的人Logo也就不足为奇了。在过去的十年里，隧道扫描显微镜从简单的观察演变为操纵原子的有力工具。就我个人而言，我认为再多的诺贝尔奖也不过分。回到问题：我们从图片中看到了什么？灰色背景（单晶镍衬底）上有蓝色点状物体。事实上，我们看到的颜色像处理中看到的颜色中渲染出来的，文章是真实的STM图像是这样的，图1:图中显示IBM它是如何一步一步地摆出来的。灰色和蓝色是为了区分镍和氙气，然后是另一个侧视图：这张图可以弥补问题图中缺失的比例尺。这自然地回答了主题的问题：问题图不能显示原子核，原子核的半径大约在数量级，和。这张图还告诉我们，垂直和水平的比例尺是不同的，也就是说，图像在垂直上稍微拉伸。*重要的是，垂直坐标不是电流，而是位置。从隧道扫描显微镜的两种工作模式开始：恒定高度和恒定电流。一般来说，STM的探针可以用x,y,z如果三个轴上的压电控制器保持调整位置z不变，只改x和y，通过探针检测隧道电流，这是其他答案中介绍的恒定高度模式，也称为开环模式。所谓开环，是指根据检测到的电流没有反馈和相应变化z位置。由于隧道电流为距离，因为隧道电流与探针与样品之间的距离有明显的对应关系。距离是标量，标量可以对应成灰度。当时将这种灰度赋予探针xy位置，你可以得到一张照片。这样做有什么问题？如果样品表面不均匀，那么我们检测到的距离不一定是探针正下方的情况。在极端情况下，探针可能会击中样品并报废。想象一下，如果你想用手指知道刀片的形状，如果你突然触摸它，你必须划伤你的手。如何在不划伤手的情况下理解刀片？*好轻轻触摸，感受刀片对手的压力，然后保持压力，沿着触摸。隧道电流检测具有这一特点：非常敏感，必须非常接近才能有信号，远消失，接近损坏。因此，有一种更常用的第二种模式：恒定电流模式，也称为闭环模式。在此模式下，电路检测隧道电流，并试图通过负反馈电路接收信号z方向，使在xy当方向移动时，z它可以自动改变并保持隧道电流恒定（近似地认为距离恒定，而不是高度恒定）。就像用手触摸物体的轮廓一样。我的大脑可以感知到手的工具 ** 在闭环模式下，电流是定值，把z提取方向偏差，即xy所在点的高度，即题图。以下是文章的原文：图1是在恒定电流模式下拍摄的……电流为……我们可以在闭环状态下移动原子……*后一个问题是，这种恒定电流有什么物理意义吗？它与电子云有什么关系？一般来说，在恒定电流模式下工作的图像将是三维空间中的等价平面。在这个等价平面上，具有相同的电子状态密度。换句话说，如果你把恒定电流设置得更小，你会看到的IBM它会更厚，原子可能会连接在一起：这是一个低电子状态密度表面；如果你把恒定电流设置得更高，探头会更接近原子，组成IBM氙原子看起来更小。但无论如何，探针都不会与样品电子云重叠。如果重叠很多，会产生电荷排斥，要么划伤样品，要么损坏探针。所以我的回答是：你看到电子云外层的电子状态密度表面是由三维空间中探针在恒定电流模式下的数据点测量的。感谢 霍华德 在评论中的意见。