纳米技术/纳米视野
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如果没有办法“看到”纳米尺度的物体，纳米技术将非常困难。在本部分中，我们将回顾不同的显微镜技术，以及可以告诉我们更多关于物质纳米结构的各种光谱学和衍射方法。
可见光只是电磁频谱的一部分，从电磁频谱的不同部分可以获得关于纳米结构中不同物理相互作用的有用信息。
我们可以用不同的方式“看到”纳米，但不能用肉眼，肉眼通常无法看到比 100µm 小得多的东西（尽管如果一个原子在一个黑暗的房间里发光，我们可以看到它）。我们使用各种仪器来代替我们的眼睛“看”东西，它们根据自己的制造方式“看到”不同的东西。
显微镜 使用显微镜来创建样本的图像。该图像很少像你用眼睛看到的那样，而是物理探针如何与样本的不同位置发生不同的相互作用。物理探针可以是原子力显微镜悬臂梁、光束或电子束，或者完全不同的东西。
光学显微镜： 光源发出的光束聚焦到样本上，透射光或散射光被物镜收集，图像被放大到相机或观察者的眼睛。分辨率可以达到约 200 纳米，显微镜可以相当便宜、小巧且易于使用。
透射电子显微镜 (TEM)： 来自非常明亮的电子源的电子被引导到对高能电子（100-300 keV）透明的非常薄的样本上，然后电子束被电磁透镜放大，并发送到荧光屏或相机上以观察图像。在昂贵的高端仪器上，分辨率可以小于 0.1 纳米，甚至可以成像单个原子。样本必须非常薄（通常小于 200 纳米），并且整个系统必须处于高真空状态。
扫描电子显微镜 (SEM)： 聚焦的电子束在样本上扫描，散射的电子被检测。探测器电流用于根据电子束在样本上的位置给出图像。分辨率可以低至约 5 纳米，样本可以比 TEM 中的样本大得多，因为电子不必穿过样本。
扫描探针显微镜 (SPM) 在光栅模式下将一个非常尖锐的探针移动到样本上，同时记录探针如何与样本相互作用。典型的 SPM 是原子力显微镜 (AFM)、扫描隧道显微镜 (STM) 和扫描近场光学显微镜 (SNOM)。
原子力显微镜 (AFM)： 一个几乎原子级的尖锐探针从悬臂梁上突出，并在样本上扫描。当悬臂梁偏转时，从悬臂梁背面反射的激光束将改变方向，这将由光电探测器测量。激光位置可用于控制探针与样本之间的力，原子力显微镜通常用于测量纳米尺度的形貌和力。分辨率通常可以低至约 1 纳米，但甚至可以实现亚原子分辨率。原子力显微镜可以与干燥和潮湿、导电和绝缘的样本一起使用。
扫描隧道显微镜 (STM)： 一个原子级的尖锐探针被移动到对样本施加电压的样本的原子距离内。当探针-样本距离变得如此之小以至于探针和样本的电子云接触时，电子可以更容易地在这两者之间隧穿，这会导致探针-样本电流（通常在 1V 偏置电压下为几个 pA）。当探针在样本上扫描时，该电流可用于维持固定探针-样本距离，这可以提供具有原子分辨率的导电表面的图像。
扫描近场光学显微镜 (SNOM)： 就像电子可以在 STM 中的电气导体之间隧穿一样，光子也可以在光学引导结构之间隧穿。SNOM 使用窄的光导来测量光电磁场如何随光导在样本上移动而变化。例如，光可以从样本下方发出，然后散射到它上方的扫描光导中。分辨率可以远远小于光的波长。
点投影显微镜： 场发射显微镜 (FEM)、场离子显微镜 (FIM) 和原子探针是点投影显微镜的例子，其中离子从针状样本中激发并撞击探测器。原子探针断层扫描 (APT) 是最现代的化身，它允许具有亚纳米分辨率的三维原子逐个（带化学元素识别）重建。
光谱学 使用光谱仪来了解辐射如何根据辐射的能量/波长与样本相互作用。
衍射 使用辐射来观察它如何从样本的不同方向散射。这可用于了解样本中原子排列的顺序。
许多这些方法用于“宏观”表面分析，其中研究材料最外层的纳米层，覆盖更大的面积。这些方法可以与显微镜相结合，以从样本上定义明确的位置提供光谱信息——例如，在 TEM 中进行衍射测量或在 STM 上对单个原子进行能级光谱测量时。
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