人类现在能看到原子了吗？原子是什么样的呢？

原子由原子核和电子云组成，原子核的大小是电子云的十万分之一，但整体可以认为是一个球体，尺寸在0.03 -- 0.3 纳米，非常非常小。

人类无法直接看到原子，因为实在是太小了，但可以借助科学仪器和合理的计算方式，然后通过软件渲染就可以‘看到 ’原子。

常用的科学测量方法是扫描探针显微镜（SPM, Scanning Probe Microscopy)，这其中最常用的是扫描隧道显微镜（Scanning Tunneling Microscope，STM) 和 原子力显微镜 （Atomic Force Microscope，AFM)。

扫描隧道显微镜

扫描隧道显微镜于1981年由格尔德·宾宁及海因里希·罗雷尔在IBM位于瑞士苏黎世的苏黎世实验室发明。

这个测量方法的最基本的理论就是量子隧穿原理，基于对探针和表面之间的隧穿电流大小的探测，可以观察表面上单原子级别的起伏。

探针头通常是单个原子，连着压电陶瓷管，通过电压精确控制探针在样品表面上的移动。根据表面的起伏不同：

1. 可以通过持续改变电压来保持探针离表面每一点的距离不变，也就是说探针要随着表面起起伏伏，电压的变化是直接跟表面起伏相关；

2. 保持电压不变，探针只做平移，表面起伏不同，离探针头距离不同，测得的隧穿电流不同。

通过这种方法可以‘看到 ’一个物体表面的原子。

图片中为石墨烯单晶体STM成像，可以相当清楚看到每个碳原子，3.2 A= 0.32 纳米。

此外，扫描隧道显微镜的探针尖端是单个原子，因此在低温环境下可以利用探针尖端精确操纵单个分子或原子，所以它不仅仅是重要的纳米尺度测量工具，又是颇具潜力的微纳加工工具。

原子力显微镜

原子力显微镜是在扫描隧道显微镜的基础上设计而来的。

主要部件：

微悬臂和探针（Cantiliever， tip）

光敏二极管 （photodiode）

激光 （laser）

压电元件 （PZT）

通过微悬臂感受和悬臂上尖细探针的表面的“感觉”来收集的，而压电元件可以控制样品或扫描器非常精确的微小移动，用导电悬臂和导电原子力显微镜附件则可以测量样品的电流偏压。

在样品表面上移动悬臂，表面起伏大时，探针与表面之间距离变小，悬臂受压变形弯曲，激光照在悬臂上被反射的角度也会改变，最终我们通过敏光二极管收集到的信息也会不同。通过用探针完整地把表面‘摸 ’一遍，就可以得到样品表面高低图。