 听说了吗，就在这周，《Nature》上发表了一篇关于电子显微技术的文章，标志着电子显微镜的空间分辨率又达到了新的高度，0.4A！什么概念呢，一个原子的尺寸大约在1A（即0.1nm）左右，在这样一个分辨率条件下我们能清晰的看见原子！  下面这张图就是作者用这种方法看到的二硫化钼原子的排列（左下），其中左下的红色箭头是一个硫空位的点缺陷。能直接看到原子的排列是不是觉得很酷！  说到这里先来简单介绍一下显微镜 显微镜分为光学显微镜和电子显微镜。 首先来看光学显微镜，早在1590年，荷兰和意大利的眼镜制造者已经造出类似显微镜的放大仪器。1610年前后，伽利略开普勒在研究望远镜的同时，设计出了显微镜的光路结构。17世纪中叶，英国的罗伯特·胡克首次使用光学显微镜看到细胞。相信高中生物大家都做过用显微镜观察洋葱表皮细胞的实验，光学显微镜简单的说就是利用光学的原理，把人眼不能分辨的微小物体放大而成像的仪器，光路图如下，有兴趣可以自己研究一下，大概就是物体A-B经过目镜和物镜两个凸透镜的放大，最后得到我们看到的像A2-B2。  然而受限于瑞利衍射极限，光不能被汇聚成一个无限小的点，而是得到一个明暗相间的衍射环，而光学显微镜使用的是可见光，这导致了其分辨率最多只能达到200nm，大约就是能放大1000倍吧。 电子显微镜，从原理上说就是把光源换成电子束，由于电子束具有更小的波长（电子束是物质波），因此可以达到更高的分辨率。但是电子无法通过光学显微镜中使用的玻璃透镜进行汇聚，必须使用电磁透镜来聚焦电子，这在上个世纪困扰了科学家好多年，不过问题都陆续顺利解决了。在1931年厄恩斯特·卢斯卡和马克斯·克诺尔研制了第一台透视电子显微镜。1986年卢斯卡因此获得诺贝尔物理学奖。 电子的波长足够小，理论上电子显微的分辨率可以达到0.02A左右，然而由于种种原因（如球差、色差等），使得常规的电子显微镜的分辨率只有2A左右，这还是不足以看见原子的。直到这个世纪，科学家开发出了球差矫正技术，消除了球差的影响，这才让我们能成功的看见原子。  图3 球差与色形成原因示意图： 球差是因为透镜边缘的会聚能力比中心更强，导致部分电子在焦平面之前就已经成像，色差是由于能量不均一的电子束，经过磁透镜后无法聚焦在同一个点而造成的。这两种因素最后都导致的是一束平行光经过透镜之后，在焦点上得到的不是一个理想的点，而是一个光斑，光斑的大小也就反映了它的分辨能力。 说了这么多，是不是对显微镜有了点了解了呢，下面让我们放松一下，看看科研圈的摄影师们展现的显微镜下的奇迹吧。 （前方多图高能预警） 先看看光学显微镜的  人类皮肤细胞，荧光处是角白质（40x）作者：Dr. Bram van den Broek |
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