编译 王晓涛

电子显微镜的进步彻底改变了我们在原子尺度上对材料的成像、描述和操作方式。

科学史上，关于物质性质、元素组成、材料属性与原子排布的关系以及原子排布是如何影响能流或被能流影响这样的问题，可以说比比皆是。对于这些问题，从与原子理论相关的哲学领域，到证明原子存在的实验领域，再到现代量子理论领域，我们给出了各种各样的答案。当然，实验测量是这些答案的重要根基。

美国能源部橡树岭国家实验室

最近，电子显微镜技术明确回答了以下问题：我们能看到原子吗？原子有哪些行为？原子间的相互作用如何产生各种属性、形式和功能？目前，凝聚态物理和材料科学正朝着更直接和更实际的目标转变——即试图理解原子的功能并控制它们的行为。

现代原子论的起源可以追溯到古希腊，不可毁灭、不可分割的原子模型在那时就已经出现。古希腊人假设，固体由具有多个挂钩和开口的原子组成以确保它们的结合足够牢固（见图1），而液体则由容易移动的光滑原子组成。尽管从现代科学的角度来看，这样的理论过于简单化，但德谟克利特将物质的特性归因于各个成分间相互作用的思想是很正确的。他巧妙地指出，构筑宏观世界的砖石只是一些基本成分：“甜和苦，热和冷，各种颜色，原子和虚空。”

图1 为了描述原子间的相互作用，我们将基本的挂钩-开口模型发展为简单的电子-原子核模型，之后又更新为现代的量子理论