扫描隧道显微术

想象你把指尖悬在一张盲文纸上方、几乎不碰到它，却仍能感觉到每一个小凸起。扫描隧道显微术对表面做的就是类似的事，只不过那根“手指”是一根金属探针，尖端被磨细到只剩单个原子，它感受到的也不是压力，而是从空隙中跳过来的一缕极微弱的电流。

这套把戏靠的是一种叫“隧穿”的量子效应：当尖锐的探针悬在导电表面上方不到一纳米的地方时，尽管什么都没接触，仍有少量电子会越过空隙渗过来。这股隧穿电流对距离极其敏感，每相差一个原子的宽度，电流就大约变化十倍。仪器让探针像扫格子一样来回移动，同时不断微调它的高度以保持电流稳定，而这些高度调整的记录就汇成一幅精细到能显出单个原子的地图。

它之所以重要，是因为它第一次让我们看到了停在表面上的单个原子，也提供了研究材料最外层电子如何排布的途径。诚实的提醒是：探针只感受到能够隧穿的电子，所以表面必须导电，而且要保持极其洁净、常常还要非常低温；一张扫描隧道显微图其实是电子态的分布图，而不是原子小球的真实照片。