原子探針斷層術（atom-probe tomography）

原子探針斷層術（APT）比任何其他技術都更接近一個科幻夢想：它把一塊真實材料一次一個原子地拆解，記錄每個原子在三維中來自何處，「並且」辨識每一個是哪種化學元素。這個領域裡其他顯微鏡給你的要嘛是投影影像，要嘛是表面；APT 給你的是一小塊體積真正的三維地圖，原子的位置與身分都填了進去。它能回答這樣的問題：「這條晶界上是否偏析了單單一層某元素？」或「這個合金裡的摻雜原子如何聚集？」

此法藉由受控的、逐原子的拆除來運作。你先把試片塑成一根極尖的針，針尖只有數十奈米寬（通常用聚焦離子束雕出）。在超高真空中冷卻到低溫，針被維持在高電壓；電場在尖銳的頂端集中得如此強烈，以致瀕臨把原子扯下的邊緣。接著一個短脈衝——額外電壓或雷射熱——打破平衡，讓最外層的原子以離子形式離開，一次一個。每個離去的離子飛向一個位置靈敏偵測器：它落在哪裡記錄它在針尖上原本的 (x, y) 位置，而它抵達所花的時間（飛行時間）揭示它的質荷比、進而揭示它的元素。把針一層一層剝掉，電腦就把結果堆疊成一個完整的三維、帶化學標記的重建，一個原子接一個原子。

沒有其他方法能在三維中把近原子的空間解析度與元素辨識結合起來，這使 APT 對奈米尺度化學極為寶貴：半導體中的摻雜分布、鋼中的溶質聚集，以及界面與析出物的組成。但要坦白說明其限制。它是破壞性的——你把正在研究的樣品蒸發掉。偵測器只捕捉到一部分原子（效率通常約為一半到五分之四），所以那張地圖是代表性樣本，不是每一個原子。重建假設針尖形狀平滑，因此帶有幾何失真，空間精度沿深度方向明顯優於橫向。而且製備那根完美無瑕的針很費工，對脆性或多相材料尤其如此。