“关于科研仪器的研制,目前我国步入了‘天时地利人和’时期。所谓‘天时’,指中国经济发展到今天,国家有了一定实力;‘地利’,指经过这些年发展,我们积累了正反两方面的经验教训;‘人和’即上上下下都认识到研制仪器的重要性。我们现在落后了,要赶上去。其中,有些可以快,但很多基础工作必须做,在短时间内是无法超越的。”伴随着我国科研仪器研制走过半个多世纪、在北京航空航天大学任教的姚骏恩院士,用这样的评语拉开了话题。
“国家在制定‘十一五’科技发展规划时,有关部门征求过我的意见。如今,200kV场发射枪透射电子显微镜的研制已列入国家科技支撑计划重大项目”。他介绍,希望借助“十一五”大好契机,实现这个梦,因为这是几代人的奋斗目标。
仪器拓展呈“迅雷不及掩耳”之势
“仪器技术的发展速度惊人,人们始料未及。”
他以显微镜发展为例介绍,光学显微镜的出现使人们发现了被称为19世纪“三大发现”之一的生物细胞,人类对自然界的认识实现了一次飞跃。然而,由于受到可见光波长的限制,光学显微镜的分辨极限约为0.2微米。诞生于1932~1933年的透射电子显微镜,利用电子束波长远小于可见光波长,使目前最先进的像差校正电镜的点分辨能力小于0.1纳米,可分辨单个原子,并可对线度为纳米量级的原子团进行结构及化学成分分析,能直接观察、进而分析研究物质微观结构与其宏观性质(功能)之间的关系。扫描电子显微镜的工作原理在1935年就已提出,它具有诸多优点,可直接观察固体表面,成像富有立体感,1965年商品化产品出现了。
随着技术的不断推进,上世纪80年代初,一种全新的表面分析仪器——扫描隧道显微镜(Scanningtunnelingmicroscope——STM诞生了。其横向分辨能力高达0.1纳米,纵向达0.01纳米。可以直接观察大气、真空、甚至液体中处于自然状态下的样品,引起了科学界的极大关注。这一仪器在表面科学、材料科学与生命科学等领域获得广泛应用。与此同时,STM仪器本身也获得了迅速发展,相继诞生了一系列在工作模式、结构及主要性能等方面与STM相似的显微仪器,统称为扫描探针显微镜Scanningprobemicroscope(SPM),如原子力显微镜Atomicforcemicroscope(AFM)、光子扫描隧道显微镜PhotonSTM等,可以获得STM无法获取的各种表面结构信息。
姚骏恩院士说,当前,各类显微镜正以其各自的优点,相互补充,为认识世界探索微观世界的奥秘,进而能动地改造世界。如,扫描隧道显微镜不仅能够观测物质表面的原子结构,而且开辟了从小到大,从下到上制造纳米器件的新途径。这些仪器还有测量和制造的功能,把仪器和机器有机地结合为一体。为了表彰电子显微镜的创始人E.Ruska教授及扫描隧道显微镜的发明者G.Binnig和H.Rohrer博士的功绩,瑞典皇家学院授予他们1986年诺贝尔物理奖。
