2016年纳米科学卡夫利奖

2016年纳米科学卡夫利奖

纳米科学2016年卡夫利奖项的获奖者们和Park Systems的CEO在奥斯陆音乐厅参加颁奖典礼

2016年纳米科学卡夫利奖的获得者依次为 Gerd Binnig（第三张图片左侧）， Christoph Gerber（第二张图片左侧）和 Calvin Quate（第一张图片中间）。原子力显微镜的发明是测量技术和纳米雕刻的一大突破，推动着纳米科学和技术的发展。

原子力显微镜技术最先是由 Calvin Quate博士，, Gerd Binnig博士和 Christoph Gerber博士等研究员发明出来， Park Systems公司的创始人兼首席执行官Sang-il Park博士是斯坦福大学的研究人员之一，Park博士认识到AFM技术可以应用于广泛领域的潜力，成为将原子力显微镜商业化并成立公司的第一人，从那以后通过不断的与客户间的创新与合作，Park已成为原子力显微镜制造领域的全球领导者。

原子力显微镜是怎么诞生的？- 卡夫利奖得主Calvin Quate博士叙述

扫描隧道显微镜（STM）就是一项巨大的科学成就。发明家Binnig和Heinrich Rohrer就因发明了 扫描隧道显微镜（STM）所以在1986年获得诺贝尔物理学奖。但是STM有一个主要的限制，由于它依赖于样品表面和隧道针尖之间的电子隧穿流动，只能成像导电材料。此外，大部分导电材料（如金属和半导体）在环境条件下容易氧化，这就要求将STM放入真空室中。

我邀请 Gerd Binnig和Christoph Gerber来斯坦福一年，在1985年他们加入我们时，我们想确认是否可以根据STM的原理制作显微镜，但是可以不考虑导电性对任何表面进行成像。我们发现的解决方案就是添加第二个探针。我们将尖锐的金刚石探针粘在悬臂上。我们将这个悬臂组件插入到样品表面和STM的隧道探针之间。这使得该设备不仅可以在金属上而且可在所有表面上工作。当悬臂的金刚石探针扫过样品表面时，样品表面与悬臂探针之间的原子间力导致悬臂弯曲。STM隧道探针测量悬臂的金属表面的弯曲运动。

这样原子力显微镜就诞生了-A为原子力分辨率，F为悬臂，M为显微镜。我们在1986年3月的“物理评论快报”上发表了我们在1985年的成果。

原子力显微镜技术的进一步发展，尤其是真空中的非接触模式，使原子力显微镜实现了单原子分辨率的梦想。随着纳米尺度对科学技术进步的影响越来越重要，原子力显微镜正在成为纳米技术产业的基础，并在纳米加工（微结构制造）方面发挥着重要作用。

原子力显微镜现在使用导电悬臂测量样品中的电位，另外一些使用探针传送的电流来测量纳米级的电导率和传输。高技术一直都是半导体故障分析测试的一个组成部分。

随着纳米材料如碳纳米管的兴起，原子力显微镜技术成为纳米结构和其他聚合物成像的首选工具。原子力显微镜能够准确地测量原子级别的相互作用和原子重新排列后样品性质的变化。

原子力显微镜相比光学和电子显微镜有许多优点，它提供了三维地形数据并能以前所未有的空间分辨率测量各种物理特性。它几乎适用于任何类型的表面，即可在空气中，真空中或液体中操作。它在真空中实现原子分辨率，在空气中实现近原子分辨率，但唯一的限制是操作起来还很麻烦，而且比较慢。我希望在不久的将来原子力显微镜能够像光学显微镜一样便于使用，并有和电子显微镜一样高的生产量。