序言

   也许有一天，你的生活和周围的世界会与一个称为纳米的名词紧紧联系在一起：当你早晨一觉醒来时，由纳米传感器和纳米变色材料组成的纱窗会根据你的需要自动送入新鲜的空气和调节室内的亮度；你不小心把纳米陶瓷材料制成的杯子掉在地上，杯子却象有弹性一样蹦了起来；又重又厚的电视已经不存在了，代替它们的是直接印刷到墙壁上的神奇的纳米发光材料制造的电视；当你生病的时候，在你的血管中会游戈着一些号称纳米潜水艇的纳米机器人，它们的作用是将药物输送到患病的部位，使你恢复健康；你使用的计算机已经精确到原子水平，因为计算机的电路、存储器等是由纳米尺度的元件制造的；你所居住的地球周围的太空被无数的纳米卫星包围着，因为一次卫星发射可以将数百万颗微小的卫星送入太空；......

   你也许会说，这是科幻小说吧？可我会告诉你，这些幻想其实离我们已经不远了，因为一个崭新的学科——纳米科技，已经悄然兴起并迅速渗透到科学的各个相关领域，就目前它所取得的成就，已经为人类展示了无比广阔的美好前景。

   纳米（Nano meter）又称为毫微米，是一种长度计量单位。我们知道，一毫米等于千分之一米；一微米等于百万分之一米；而一纳米则等于十亿分之一米（1nm=10-9m）。纳米技术指的是在0.1纳米到几百纳米的尺度范围内对原子、分子进行观察、操纵和加工的技术。在20世纪，人们已经对毫微米技术运用的得心应手。但是，当人们企图向更微小的领域¾ 纳米尺度推进时，却遇到了极大的阻力。科学家们发现，在纳米尺度上物质发生了许多不同于宏观世界的奇特的物理和化学变化。许多我们习惯了的概念和方法在纳米范围行不通了。举个简单的例子：陶瓷在我们的印象中是很硬、很脆的，陶瓷茶壶一摔就碎，对吗？但是当把陶瓷材料的颗粒缩小到纳米尺度时，脆性的陶瓷竟然可以象弹簧一样具有韧性。再举个例子：我们称电子的流动叫电流，是形容它象水流动一样沿着导体传输。但是，如果这个导线的直径只有几十纳米时情况会怎样呢？研究发现，在波粒二象性的原则下，这时的电子是在波动的前进，导线已经不能对它进行有效的约束。看吧，这就是诡秘莫测但又充满诱惑的纳米世界。这里有多少未知的宝藏有待开发。

   人类的历史已经表明，科学的进步总是与工具的进步密切相关的。在这篇文章里，我们将从纳米科技的重要工具—— 扫描隧道显微镜开始，进而介绍由扫描隧道显微镜而衍生出来的用途各异、功能非凡的扫描探针显微镜的家族成员；我们还要向您展示扫描探针显微镜下奇妙的纳米世界以及应用扫描探针显微镜所取得的重要成果。最后将介绍纳米科技的进展和光辉前景。

一. 扫描隧道显微镜的诞生

   自有人类文明以来，人们就一直为探索微观世界的奥秘而不懈的努力。1674年，荷兰人列文虎克发明了世界上第一台光学显微镜，并利用这台显微镜首次观察到了血红细胞，从而开始了人类使用仪器来研究微观世界的纪元。光学显微镜的出现，开阔了人们的观察视野，但是由于受到光波波长的限制，光学显微镜的观察范围只能局限在细胞的水平上，分辨率大约10-6米至10-7米的水平上。人类能否看的更小，更精确一些呢？为了达到这个目的，科学家进行了几个世纪不懈的努力。1931年德国科学家恩斯特.鲁斯卡利用电子透镜可以使电子束聚焦的原理和技术，成功地发明了电子显微镜?电子显微镜一出现即展现了它的优势，电子显微镜的放大倍数提高到上万倍，分辨率达到了10-8米。在电子显微镜下，比细胞小的多的病毒也露出了原形。人们的视觉本领得到了进一步的延伸。 现代科学的发展为新技术、新发明提供了坚实的理论依据，而科学的进一步发展又期待着新型仪器的发明和更新。在人类进入了原子时代的今天，科学技术的发展呼唤着更加精确、分辨率更高的仪器的发明和面世。人们期盼着在探索微观世界的历程中再迈出新的一步。  

   正象绝大多数科学的新发现和新发明都具有其偶然性和必然性一样，当二十世纪七十年代末德裔物理学家葛.宾尼和他的导师海.罗雷尔在IBM公司设在瑞士苏黎士的实验室进行超导实验时，他们并没有把自己的有关超导隧道效应的研究与新型显微镜的发明联系到一起。但是真空中超导隧道谱的研究已经为他们今后发明扫描隧道显微镜准备了坚实的理论和实验基础。

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