顯微鏡在中國

戴吾三

顯微鏡發(fā)明于西方，明末清初傳人中國。然而在很長時(shí)間里。顯微鏡對中國人來說只是觀察細(xì)微之物的新奇玩具。顯微鏡用于科學(xué)教育和研究始于新式教育和西式醫(yī)院興起之后，隨著1920-1940年代赴海外學(xué)習(xí)科學(xué)技術(shù)的留學(xué)生回國，顯微鏡才真正應(yīng)用于科學(xué)研究中。經(jīng)幾代人努力，中國不僅能制造光學(xué)顯微鏡，而且研制成功電子顯微鏡、掃描隧道顯微鏡。科研人員利用這些顯微儀器做出了具有世界水平的科研成果，中國電鏡學(xué)科的人才也茁壯成長，在國際上嶄露頭角。

顯微鏡傳入中國

明末清初，隨著交通和貿(mào)易的發(fā)展，西方傳教士來到中國，他們不僅傳播宗教，也帶來西方的科學(xué)知識和新器物。面對西方的新發(fā)明，皇室和士大夫們免不了好奇，并間接促使江南地區(qū)的能工巧匠進(jìn)行仿制。明代末年蘇州巧匠孫云球（約1630-1662年）用水晶制作眼鏡，又仿制西方的“千里鏡”（望遠(yuǎn)鏡）、“存目鏡”（放大鏡）、“察微鏡”（顯微鏡）等，他總結(jié)制鏡經(jīng)驗(yàn)，寫成《鏡史》一書，可惜已佚?？茖W(xué)史家李約瑟認(rèn)為，孫云球制作的“察微鏡”是一種復(fù)式顯微鏡。

“察微鏡”是顯微鏡的初名，清代文人李漁在其所著《十二樓·夏宜樓》第二回“冒神仙才郎不測，斷詩句造物留情”中將其改稱為“顯微鏡”，該書現(xiàn)有清順治十五年（1658年）的版本。書中，作者為了表明自己對“千里鏡”的了解，有意在故事之前用了一段較長的文字述說當(dāng)時(shí)光學(xué)器具之背景，其中對“顯微鏡”的描述如下：

顯微鏡

大似金錢。下有二足，以極微極細(xì)之物置于二足之中，從上視之，即變?yōu)闃O宏極巨，蟣虱之屬，幾類犬羊；蚊虻之形，有同鸛鶴。并蟣虱身上之毛，蚊虻翼邊之彩，都覺得根根可數(shù)，歷歷可觀。所以叫做“顯微”，以其能顯至微之物而使之光明較著也。

李漁所描述的“顯微鏡”值得我們注意，這不僅僅因?yàn)樗霈F(xiàn)在孫云球的“察微鏡”名稱之后不久。據(jù)李約瑟的說法，1619年顯微鏡已在倫敦出現(xiàn)，“直到1625年該儀器才有了顯微鏡（microscopium）這個(gè)名稱”，該年歐洲人用顯微鏡觀察蜜蜂的微細(xì)構(gòu)造。李約瑟又述及亞洲的情況，認(rèn)為“顯微鏡的最早圖畫及其觀察物體的最早說明，出現(xiàn)在日本醫(yī)生森島中良（1754-1808）所著并于1787年出版的《紅毛雜話》書中（紅毛，尤指荷蘭人）”?，F(xiàn)在看來，李漁對“顯微鏡”定名之早，用它觀察“蟣虱身上之毛，蚊虻翼邊之彩，都覺得根根可數(shù)，歷歷可觀”，比森島中良的相關(guān)描述要早130年，比歐洲人用顯微鏡觀察蜜蜂的記載只晚33年。

雖然由上可知中國應(yīng)用顯微鏡進(jìn)行觀察不比歐洲晚多少年，然而受傳統(tǒng)學(xué)術(shù)和近代工業(yè)發(fā)展的限制，其后很長時(shí)間內(nèi)。中國人只滿足于將它用于對細(xì)微之物的好奇觀察中，沒有想到將其用于科學(xué)研究，也沒有（實(shí)則也不可能）跟進(jìn)西方的顯微鏡制造技術(shù)。直到19世紀(jì)末20世紀(jì)初，中國興辦新式教育和西式醫(yī)院，才開始較多地使用從西方購進(jìn)的顯微鏡。

成批制造顯微鏡

中國長期缺乏制造顯微鏡的動力和實(shí)際需求，這種情況直到抗日戰(zhàn)爭時(shí)期才徹底改變。

認(rèn)識到批量制造顯微鏡的重要性，與中國的科學(xué)、教育發(fā)展有關(guān)，與一批“海歸”科學(xué)家有關(guān)，尤其是物理學(xué)家錢臨照（1906-2000）和嚴(yán)濟(jì)慈（1901-1996），他們對中國自行研制和應(yīng)用顯微儀器做出了重要貢獻(xiàn)。

錢臨照1906年8月出生于江蘇無錫鴻聲鄉(xiāng)，與力學(xué)家錢偉長和國學(xué)大師錢穆皆系同鄉(xiāng)。錢臨照幼時(shí)與弟弟錢令希均在其父所辦的學(xué)校就讀，受父親的影響，錢氏兄弟勤奮好學(xué)。

1925年，錢臨照入上海大同大學(xué)物理系，從胡剛復(fù)、嚴(yán)濟(jì)慈等人的授課中獲益良多。1929年畢業(yè)，錢臨照到中學(xué)教書，一年后有機(jī)會到沈陽，在張學(xué)良任校長的東北大學(xué)物理系任助教。1931年“九一八”事變后，東北大學(xué)師生被迫入關(guān)。錢臨照彷徨之際，適逢北平研究院物理研究所剛成立，雖然該所助理研究員編制已滿，錢臨照仍被嚴(yán)濟(jì)慈所長額外錄用并在其指導(dǎo)下從事科研。當(dāng)時(shí)，錢臨照經(jīng)常要動手磨玻璃裝配儀器。久之。他對應(yīng)用光學(xué)、制作光學(xué)儀器產(chǎn)生了濃厚興趣。1934年夏，錢臨照考取第二屆中英庚款，公費(fèi)留學(xué)英國，就讀倫敦大學(xué)學(xué)院。留學(xué)期間，他在暑期到一家名叫Adam Hilgan的光學(xué)儀器廠實(shí)習(xí)，老板特懷曼（G.Twvman）是光學(xué)專家，也是英國皇家學(xué)會會員。此前因北平研究院從這家工廠購置過多種光學(xué)儀器，因而錢臨照被特許進(jìn)入車間實(shí)習(xí)。在那里，有好幾位師傅教了他不少手藝，其中一項(xiàng)是通過特懷曼干涉儀的觀察，將那些退火不充分、不均勻的玻璃加以巧妙地修補(bǔ)，使之合格。按錢臨照的說法，他學(xué)會了“這項(xiàng)變廢為寶的絕妙技術(shù)”。

1937年“七七事變”后。嚴(yán)濟(jì)慈發(fā)電報(bào)讓錢臨照趕快回國，不久又指派他去北平將物理所的儀器設(shè)法運(yùn)出，并轉(zhuǎn)往大后方昆明。錢臨照克服重重困難，將儀器運(yùn)送出北平，再到天津裝船，輾轉(zhuǎn)送達(dá)昆明。

遷至昆明的物理所決定利用先前已成熟的磨玻璃技術(shù)制造光學(xué)器具。最初主要制造五角測距儀，用于戰(zhàn)地觀測敵方目標(biāo)距離，當(dāng)時(shí)所用的玻璃鏡頭基本是手工磨制的。1939年冬，物理所的小22Y-由城里遷往昆明城北遠(yuǎn)郊的黑龍?zhí)?，研究人員自建房屋，購置制玻璃的機(jī)器。廠里除新增的西南聯(lián)大畢業(yè)生外，還招收了幾個(gè)青年學(xué)徒，給他們培訓(xùn)上課，后來這些人都成為磨玻璃的行家能手；新中國成立后，他們中有多人去了中國科學(xué)院長春光學(xué)及精密機(jī)械研究所（簡稱長春光機(jī)所），成為那里的業(yè)務(wù)骨干。

隨著規(guī)模的擴(kuò)大。工廠開始轉(zhuǎn)向生產(chǎn)供教學(xué)和戰(zhàn)地醫(yī)院用的顯微鏡。當(dāng)時(shí)受教育部委托，要制造幾百架?？埔陨蠈W(xué)校用顯微鏡，目鏡鏡頭有3倍、10倍和14倍三種，物鏡鏡頭有10倍、20倍、50倍及100倍四種，各鏡頭交互配合可得60-1400倍之間的各種放大倍數(shù)的顯微鏡。顯微鏡的金屬架則由當(dāng)時(shí)設(shè)在黑龍?zhí)陡浇闹醒霗C(jī)器廠制造。經(jīng)評定，物理所工廠生產(chǎn)的顯微鏡質(zhì)量略遜于德國名牌，但遠(yuǎn)勝于日本貨。

在制造高倍數(shù)顯微鏡（1000倍）的過程中，一度遇到困難，頗費(fèi)周折。首先是光學(xué)設(shè)計(jì)，錢臨照請?jiān)谟蹏鴮W(xué)院做過應(yīng)用光學(xué)研究的梁伯先幫助完成了設(shè)計(jì)。而生產(chǎn)中遇到了十分棘手的問題——高倍顯微鏡的物鏡曲率半徑只有幾毫米，測量精度要求非常高。最后還是錢臨照想出辦法，采用物理學(xué)上的自準(zhǔn)直原理，利用一架普通游動讀數(shù)顯微鏡，解決了精確測量物鏡曲率半徑的難題。新中國成立后，以此原理設(shè)計(jì)的測量毫米級鏡面曲率半徑的裝置被多家光學(xué)工廠廣泛采用。

抗日戰(zhàn)爭前，中國還不能成批制造科研和教學(xué)用顯微鏡。正是由于北平研究院物理所嚴(yán)濟(jì)慈所長的規(guī)劃和支持，特別是錢臨照等人的不懈努力，改變了中國在顯微鏡制造技術(shù)上的落后局面，并為后來追趕國際顯微鏡制造先進(jìn)水平奠定了必要的技術(shù)和人才基礎(chǔ)。

研制電子顯微鏡

20世紀(jì)初，西方國家的顯微鏡制造完全克服了色差、球差等缺陷，成像質(zhì)量大大提高，但分辨率已達(dá)到0.2微米的理論極限，再要發(fā)展只能另辟新徑。

隨著量子力學(xué)的興起，科學(xué)家開始認(rèn)識到電子具有波粒二象性，電子波的波長遠(yuǎn)小于光波的性質(zhì)成為提高顯微鏡分辨率的希望。

1931年，德國科學(xué)家、工程師魯斯卡（E.Ruska）與克諾爾（M.KnoH）一起制成了世界上首臺實(shí)用的電子顯微鏡，這是顯微鏡發(fā)展史上的里程碑。電子顯微鏡的問世帶動了電鏡制造、電鏡理論及應(yīng)用等多個(gè)研究領(lǐng)域興起和發(fā)展，當(dāng)時(shí)中國還沒有能力制造電子顯微鏡，但錢臨照等人一直對此密切關(guān)注。新中國成立后，他們很快利用起進(jìn)口的電鏡從事應(yīng)用研究。當(dāng)時(shí)一些在海外從事電鏡領(lǐng)域研究的學(xué)者，歸國后也成為我國研制電子顯微鏡的中堅(jiān)力量。

1956年，中國制定十二年科學(xué)技術(shù)發(fā)展遠(yuǎn)景規(guī)劃。王大珩、錢臨照等人組成儀器規(guī)劃小組，小組提出研制電子顯微鏡，蘇聯(lián)顧問卻認(rèn)為難度太大，建議不要列人規(guī)劃。1958年中國科學(xué)院規(guī)劃了許多趕超世界先進(jìn)水平的項(xiàng)目，當(dāng)時(shí)長春光機(jī)所有意研制電子顯微鏡，考慮到基礎(chǔ)薄弱，計(jì)劃先派人去民主德國學(xué)習(xí)。

正巧，1957年在聯(lián)邦德國蒂賓根大學(xué)獲博士學(xué)位的青年科學(xué)家黃蘭友回國，被分配到中國科學(xué)院電子學(xué)研究所，他一直從事電子顯微鏡的研究工作。黃蘭友受大躍進(jìn)形勢的鼓舞，大膽提出制造電子顯微鏡，立即受到上級領(lǐng)導(dǎo)的支持。1958年4月，他到長春光機(jī)所協(xié)商。光機(jī)所同意立即上馬。黃蘭友原本打算用兩到三年時(shí)間進(jìn)行研制，當(dāng)聽說幾個(gè)月內(nèi)就要造出來并列為國慶獻(xiàn)禮項(xiàng)目時(shí)，他大吃一驚。然而，在看了光機(jī)所的設(shè)備并與技術(shù)人員討論后，黃蘭友終于被說服。為穩(wěn)妥起見，他提出最好用一臺比較先進(jìn)的電鏡做參考，結(jié)果第二天就被告知，科學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)批準(zhǔn)把一臺新引進(jìn)的電子顯微鏡借他們用。

很快，以黃蘭友為首建起一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)，他們先對新引進(jìn)的電子顯微鏡的電子光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算。推算出幾個(gè)透鏡的線圈匝數(shù)和磁路參數(shù)，并對加工精度和電源的穩(wěn)定度、紋波等做了計(jì)算，然后將計(jì)算結(jié)果交給其他專業(yè)室去采購器材和加工零件。黃蘭友團(tuán)隊(duì)同時(shí)也開始制作光闌、真空檢漏、熒光屏等。1950年代即二戰(zhàn)后，黃蘭友在蒂賓根大學(xué)條件并不好的實(shí)驗(yàn)室里學(xué)會了用針尖扎光闌，用土辦法檢漏，他的這些辦法在上述器件的研制中發(fā)揮了重要作用。夜以繼日的艱苦奮斗，各方面高度協(xié)調(diào)，不到三個(gè)月時(shí)間研制（確切說是仿制）成功電子顯微鏡。

1958年11月，長春光機(jī)所決定趁勢而進(jìn)，自行設(shè)計(jì)研制大型電鏡，總體參考西門子公司的Elmiskop I型電子顯微鏡樣本，采用電子槍、雙聚光鏡、物鏡、中間鏡及投影鏡構(gòu)成的電子光學(xué)系統(tǒng)。攻堅(jiān)項(xiàng)目由黃蘭友負(fù)責(zé)技術(shù)指導(dǎo)，姚駿恩任課題負(fù)責(zé)人。設(shè)計(jì)時(shí)力求實(shí)現(xiàn)最高的理論分辨率，主要設(shè)計(jì)參數(shù)為加速電壓100千伏，理論分辨本領(lǐng)0.2納米。經(jīng)過10個(gè)月的奮戰(zhàn)，終于在1959年9月制成樣機(jī)，分辨本領(lǐng)優(yōu)于2.5納米，放大倍數(shù)為10萬倍。國慶十周年前夕，電鏡由專人運(yùn)至北京展覽館，作為重大科技成果之一展出。國慶十周年慶典游行時(shí)，排在科學(xué)院方隊(duì)前的就是這臺電子顯微鏡的巨大模型。此項(xiàng)成果后被國家科學(xué)技術(shù)委員會選為“中華人民共和國四十年重大科學(xué)技術(shù)成就”。

1960年，長春光機(jī)所把中型電鏡移交給南京教學(xué)儀器廠生產(chǎn)，把大型電鏡交給上海精密醫(yī)療機(jī)械廠生產(chǎn)，由此促進(jìn)了其他科研機(jī)構(gòu)進(jìn)一步研制電鏡。

研制掃描隧道顯微鏡

1980年代，掃描隧道顯微鏡（scanning tunneling microscope，STM）問世，其分辨率已在納米尺度以下，這是顯微鏡發(fā)展史上的另一個(gè)里程碑。其基本原理是，一個(gè)原子線度的針尖在距離試樣表面十分之幾納米的高度對試樣表面掃描，當(dāng)兩者之間施加一定的電壓時(shí)，由于量子隧道效應(yīng)會產(chǎn)生掃描隧道電流信號，進(jìn)而獲得反映試樣表面原子形態(tài)和原子排列或其結(jié)構(gòu)的圖像。

改革開放為中國科學(xué)的騰飛插上翅膀，中國電鏡研究瞄準(zhǔn)了世界先進(jìn)水平。中國科學(xué)院于1986年12月成立STM研制小組。1987年3月，課題組負(fù)責(zé)人姚駿恩訪美調(diào)研，4月確定設(shè)計(jì)方案，7月姚駿恩再次去美參加第二屆STM國際會議，并邀在美學(xué)習(xí)的白春禮于11月初回國，參加STM的調(diào)試。STM儀器采用厚、薄彈簧片微位移機(jī)構(gòu)，其最小位移量為數(shù)十納米，粗調(diào)量達(dá)十余納米，這樣的結(jié)構(gòu)解決了試樣與針尖間的粗細(xì)和微調(diào)問題；壓電陶瓷管用作三維掃描和控制器件；曲率半徑為0.1微米左右的針尖采用腐蝕法制備；懸掛式鋼板和橡膠墊組成的多級防震臺屏蔽了外界電磁場及氣流的干擾，并解決了反饋電子線路等技術(shù)難題。11月18日深夜。北京科研團(tuán)隊(duì)通過自行研制的STM在國內(nèi)首次獲得高定向石墨表面原子圖像?！度嗣袢請?bào)》12月22日在頭版以“我國制成新型掃描隧道顯微鏡”為題進(jìn)行了報(bào)道。

之后，國內(nèi)許多單位或獨(dú)立或合作也加緊研制隧道顯微鏡。例如，清華大學(xué)現(xiàn)代應(yīng)用物理系于1990年研制成QH-1型全自動、大范圍、袖珍型STM。全部操作由計(jì)算機(jī)控制，有圖像處理功能，分辨率達(dá)到原子級。中科院化學(xué)所白春禮團(tuán)隊(duì)歷時(shí)兩年，在1990年研制成功國內(nèi)首臺原子力顯微鏡，該項(xiàng)成果1991年獲中國科學(xué)院科技進(jìn)步一等獎，1992年獲國家科技進(jìn)步三等獎。

在1990年代中期，中國的顯微鏡研制已處于緊追甚至部分達(dá)到世界先進(jìn)水平的階段，特別是STM研究已有不少優(yōu)秀成果?；谥袊鳶TM研究領(lǐng)域的積累，1995年8月，第七屆STM國際會議在中國北京舉辦，這是STM國際會議首次在中國召開，400多位STM專家出席了大會。

利用顯微鏡所做的重要探索

中國科學(xué)家真正利用顯微鏡從事高水平的研究是在新中國建立后，特別是1980年代之后。這些研究在學(xué)術(shù)上都具有重要的意義。

位錯(cuò)觀察與研究

位錯(cuò)理論1930年代發(fā)源于英國，成熟于1940年代末。1956年，劍橋大學(xué)赫希（P.Hirsch）等人發(fā)表論文，論文里展示了電子顯微鏡中觀察到的位錯(cuò)圖像，其與1934年泰勒（G.I.Taylor）提出的位錯(cuò)理論模型一致，位錯(cuò)理論開始得到國際學(xué)術(shù)界的廣泛重視。

早在1939年，錢臨照在昆明中國物理學(xué)術(shù)報(bào)告會上的報(bào)告就首次介紹了泰勒的位錯(cuò)理論。新中國成立后不久，錢臨照即開展了位錯(cuò)方面的研究。這里有個(gè)小插曲，1949年南京解放，共產(chǎn)黨在接收南京交通部廣播電臺時(shí)意外發(fā)現(xiàn)一個(gè)尚未開封的大箱子，打開看是一臺嶄新的儀器，但無人能識此為何物。錢臨照聞訊派人趕往查看，驚喜地發(fā)現(xiàn)這是一臺英國MetropolitanVickers公司制造的EM/1M型電子顯微鏡。它即為新中國擁有的第一臺透射電子顯微鏡。1950年代初，民主德國總統(tǒng)送了一臺蔡司公司制造的C型電子顯微鏡給毛主席。這兩臺電鏡的分辨率都在10納米左右，都?xì)w入中國科學(xué)院物理所。錢臨照等人利用這兩臺儀器展開晶體塑性變形的研究。1955年，錢臨照與合作者發(fā)表“鋁單晶體滑移的電子顯微鏡觀察”一文，并于1956年11月在東京召開的第一屆亞太電子顯微學(xué)會大會上宣讀。1959年，錢臨照開始在物理所講授位錯(cuò)理論，他與同事合寫的“晶體位錯(cuò)理論基礎(chǔ)”和“晶體中位錯(cuò)的觀察”等文收入《晶體缺陷和金屬強(qiáng)度》一書。錢臨照的這些工作令位錯(cuò)理論在中國扎根。并促進(jìn)了電子顯微學(xué)在中國的發(fā)展。

準(zhǔn)晶的發(fā)現(xiàn)

1982年，以色列工學(xué)院材料科學(xué)系的謝赫特曼（D.Shechtman）在美國國家標(biāo)準(zhǔn)局做訪問研究。4月，他在研究急冷鋁一錳合金時(shí)所拍攝到的電子衍射譜出乎他的意料，衍射譜所對應(yīng)的晶體結(jié)構(gòu)是五重旋轉(zhuǎn)對稱性（旋轉(zhuǎn)72?？芍貜?fù)同一結(jié)構(gòu)）。在排除該晶體為孿晶的可能性后，謝赫特曼腦中開始形成準(zhǔn)晶的概念。1984年11月，謝赫特曼等人發(fā)表論文，明確一種新晶體結(jié)構(gòu)——準(zhǔn)晶的存在。準(zhǔn)晶引起科學(xué)界的高度關(guān)注，并因與傳統(tǒng)晶體學(xué)相抵觸引來很大的爭論。中國材料科學(xué)家、電子顯微學(xué)家郭可信領(lǐng)銜的團(tuán)隊(duì)從1985年起連續(xù)出擊，以強(qiáng)有力的實(shí)驗(yàn)證據(jù)支持了準(zhǔn)晶學(xué)說。

郭可信1946年畢業(yè)于浙江大學(xué)化工系，同年赴瑞典斯德哥爾摩皇家理工學(xué)院深造，系統(tǒng)學(xué)習(xí)了X射線晶體學(xué)。他1956年回國，到中國科學(xué)院沈陽金屬研究所工作。1983年，郭可信帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)利用新引進(jìn)的電子顯微鏡展開研究。1984年夏天，團(tuán)隊(duì)的葉恒強(qiáng)等人在鎳基和鐵基高溫合金中發(fā)現(xiàn)了四面體密堆相的疇結(jié)構(gòu)，進(jìn)而又在該合金中發(fā)現(xiàn)一個(gè)新相，其電子衍射中有10個(gè)五重旋轉(zhuǎn)對稱的斑點(diǎn)。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，電子衍射譜中所有斑點(diǎn)都具有五重旋轉(zhuǎn)對稱性，使得整體結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)準(zhǔn)周期性。年底，謝赫特曼等人發(fā)表的關(guān)于鋁一錳合金中準(zhǔn)晶的論文傳到中國時(shí)，郭可信團(tuán)隊(duì)馬上意識到，正在研究的Ti2Ni中的準(zhǔn)周期結(jié)構(gòu)與謝赫特曼等人所報(bào)告的準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)完全相同。很快，郭可信團(tuán)隊(duì)的兩篇論文于1985年發(fā)表在同一期的Philosophical Magazine A上，兩篇論文分別報(bào)告了鈦一鎳（Ti-Ni）合金中的準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)和鋯一鎳（Zr-Ni）合金中的五重孿晶結(jié)構(gòu)，高分辨顯微像清晰地顯示了準(zhǔn)晶與孿晶兩者的差別，由此證明準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)的存在。郭可信因完全獨(dú)立并與謝赫特曼等人幾乎同期的工作而被公認(rèn)為是準(zhǔn)晶的發(fā)現(xiàn)者之一，中國的準(zhǔn)晶研究由此走在了世界前沿。2011年，謝赫特曼因發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)晶獨(dú)享諾貝爾化學(xué)獎。郭可信院士因病于2006年去世，無緣殊榮。

原子操縱

1990年，美國IBM公司的艾格勒（D.Eigler）與同事成功地將鎳金屬表面上的35個(gè)氙原子精確排列出“IBM”字樣，這是人類有史以來第一次按照意愿移動原子。

中國科學(xué)家在原子操縱方面急起直追。1994年，中國科學(xué)院北京真空物理實(shí)驗(yàn)室利用STM在si（111）7x7表面移動原子，寫出“中國”“100”的字樣。特別需要指出的是，此前IBM公司的研究小組、日本科學(xué)技術(shù)廳的研究小組分別是利用電壓脈沖法在Si（111）7×7表面實(shí)現(xiàn)單原子操縱，這種操縱方法速率和成功率都較低。而中國的科研人員探索出一種稱為低偏壓大隧道電力的原子操縱方法，這種方法不僅能進(jìn)行單原子操縱，還可進(jìn)行原子群體操縱，從而提高了操縱速率，可快速地將原子從樣品表面上提出形成特定的原子級結(jié)構(gòu)圖樣。

此外，中國利用電子顯微鏡在生物學(xué)研究方面也取得重要成果，如蛋白質(zhì)電子晶體學(xué)、含水冷凍電子顯微術(shù)與生物大分子三維重構(gòu)等，茲不一一列述。

中國電子顯微鏡人才的成長

伴隨著電子顯微鏡的研制和應(yīng)用，中國一大批本土科學(xué)家成長起來。

姚駿恩1932年生于上海，1949年考入大連大學(xué)應(yīng)用物理系，畢業(yè)分配到長春光機(jī)所工作。1958年9月，姚駿恩受命出任電子顯微鏡研制小組組長。他熟悉磁路設(shè)計(jì)，又有相關(guān)的光學(xué)知識和英、德、俄語的閱讀能力，他參考國外文獻(xiàn)和當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的德國電子顯微鏡樣本。經(jīng)過奮戰(zhàn)，1959年9月，他與同事研制成我國第一臺自行設(shè)計(jì)的XD-100型電子顯微鏡。這項(xiàng)成果被視為中國儀器儀表行業(yè)從仿制轉(zhuǎn)向自行設(shè)計(jì)制造的標(biāo)志。此后，姚駿恩在國內(nèi)推廣電子顯微鏡設(shè)計(jì)制造技術(shù)；1964-1965年完成高分辨透射電子顯微鏡；1973-1975年參加完成我國第一臺掃描電子顯微鏡；1987-1988年率先在國內(nèi)提出并主持完成掃描隧道顯微鏡的研制和生產(chǎn)；1991-1993年提出并主持完成我國第一臺超分辨光子掃描隧道顯微鏡，主持研制原子力顯微鏡。2001年，姚駿恩當(dāng)選為中國工程院院士。

郭可信團(tuán)隊(duì)中的兩名重要成員葉恒強(qiáng)和張澤，都由學(xué)生成長為中國電鏡學(xué)科的領(lǐng)軍人物。葉恒強(qiáng)1940年生于香港，1963年畢業(yè)于北京鋼鐵學(xué)院物理化學(xué)系。之后到中國科學(xué)院金屬研究所讀研究生，在郭可信的指導(dǎo)下從事晶體缺陷的電子衍射襯度像的研究，研究生畢業(yè)留所工作。1986年，他晉升為研究員，1991年當(dāng)選為中國科學(xué)院技術(shù)科學(xué)部院士，1998-2001年任中國科學(xué)院金屬所所長。張澤1953年生于天津，1980年畢業(yè)于吉林大學(xué)物理系，之后進(jìn)入中國科學(xué)院金屬研究所，師從郭可信從事晶體物理學(xué)研究。張澤先后于1983年、1987年獲碩士和博士學(xué)位，1990年晉升為研究員，2001年當(dāng)選為中國科學(xué)院院士，2012年被推選為新一屆亞太顯微學(xué)會理事長。

在新時(shí)期，中國電子顯微鏡人才的成長呈現(xiàn)新的特點(diǎn)，或許再用“本土科學(xué)家”來描述已沒有多大意義。例如郭可信的不少弟子在獲得碩士或博士學(xué)位后，又由郭可信推薦去海外深造，他們中的一些人如今已是海外知名大學(xué)的教授或國際重要實(shí)驗(yàn)室的骨干。

在近代中國，“氣”“陰陽”等思想觀念阻礙著國人對生物細(xì)胞、材料金相的觀察和深入認(rèn)知，加之工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，這或許就是為何顯微鏡傳入中國很早，但對其認(rèn)知、制造和科研使用嚴(yán)重滯后的原因。待一批科學(xué)家學(xué)成歸國，西方近代科學(xué)在中國深入扎根后，顯微鏡才被認(rèn)識到是科學(xué)研究的重要工具。顯微鏡在中國的發(fā)展，從一個(gè)方面反映了西方近代科學(xué)在中國的傳播、發(fā)展和中國科研融人世界的歷程，與之深刻關(guān)聯(lián)的是中國人思想觀念的改變，中國社會制度的變革。