（本博文引用图片得到Nature出版机构的授权）

纳米科学的发展很大程度来根源于微尺度分析仪器的发展，如透射电子显微镜，扫描隧道显微镜，原子力显微镜等等。最近的研究趋向于综合各种分析手段的长处，简单的来说要达到两个目的：定位和标记。所谓定位是指要知道原子的位置和微观的结构；而标记是指认出原子，是金呢还是一颗铜原子。前者我们可以通过电子束穿过样品的布拉格衍射来获得空间位置信息，当然一般我们都得到的是二维平面的晶格像，透射电子显微镜最擅长做这个事。现在还可以得到三维的原子空间结构，可以通过控制电子束斑的空间位置来实现，这是一个研究前沿。

而对于原子的标记问题是一个更加难啃的骨头，这个需要在埃米级的电子束（beam probe）才能很好的实现。最新的Nature报道科学家通过结合STEM和EELS技术获得了很大的突破 [ref. 1]，即在扫描模式下同时获得了原子的结构和元素信息。我所在的组也是搞电镜，和文章报道的小组在一个无振动楼里，所以对这个结果非常感兴趣。

STEM是扫描模式下的TEM，主要利用电子束和原子作用后的大角度弹性散射电子信息获得高景深的原子分辨像。而EELS是利用电子束和原子作用后的小角度非弹性散射电子信息获得原子的元素信息。EELS的电子信号必须局域化才能实现单原子识别，这个就需要依赖调整电子束强度和尺寸以及搜集信号系统优化才能实现。文章获得了二维的依据EELS信号得到的原子结构信息，这个对于材料学和半导体工业将会是极大的喜讯。

给出我以前做的纳米材料，使用了EELS技术，但是不是单原子识别，而是大尺度识别。

 

再看看Nature这个工作：

 这个是环形暗场像（STEM模式）

这个是EELS数据得出原子位置和元素定性。区别出La, Mn, O的位置。

无独有偶，最近另一篇Nature文章报道了另一个单原子尺度上元素识别的突破，利用原子力显微镜！基本机理很简单：不同原子之间的短程力不一样！感兴趣的可以看看他们的文章 [ref. 2]。

References:

1, Element-selective imaging of atomic columns in a crystal using STEM and EELS

Koji Kimoto¹, Toru Asaka¹, Takuro Nagai¹, Mitsuhiro Saito¹, Yoshio Matsui¹ & Kazuo Ishizuka^1,2

Nature advanced paper, link: http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature06352.html

2, Chemical identification of individual surface atoms by atomic force microscopy

Yoshiaki Sugimoto, Pablo Pou, Masayuki Abe, Pavel Jelinek, Ruben Perez, Seizo Morite and Oscar Custance  Nature 446 , 64 (2007) PDF

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