如圖1-1-2[8]。
圖 1-1-1 干涉實驗裝置圖[7]
圖 1-1-2(a)用電子束照射奈米碳管投影的影像，紅色圈的區域為 欲 逼近的區域(b)用針尖逼近後觀察到的干涉條紋[8]
由於單原子針的空間同調性極佳，改善了當今電子源所遇到的難 題。傳統的電子顯微鏡由於電子束的能量太高會導致樣本的損壞，而 利用單原子針當作電子源的低能量電子點投影顯微(LEPPM)有著低 能量，亮度高等優點，適合用於化學或生物等研究。
而同調性具有兩種一種是空間同調性，另一種是時間同調性，單
圖 1-2-3 (100)面凸起物 STM 圖[9]
圖1-2-4 Nb能譜分析圖[13]
圖1-2-5電子束干涉實驗裝置示意圖[14]
1-2 奈米針的發展歷史
在 1986 年時 F.W.Fink 利用反覆加熱鎢針的方式使得 W(211)切面 擴張擠壓 W(111)切面，皺化形成金字塔結構，之後用場蒸發的方式 讓 W(111)切面只有三顆原子，再利用蒸鍍的方法在上面蒸鍍上一顆 W 原子，就形成單原子針尖，如圖 1-2-6[15-16]。
圖1-2-6(a)只有三顆鎢原子影像(b)蒸鍍上一顆鎢原子影像 (c)三顆鎢原子側視圖 (d)一顆鎢原子側視圖[16]
在 2001 年鄭天佐院士和傅祖怡博士將鎢針蒸鍍上一層鈀原子，
加熱退火至 1000 K，可藉由場離子顯微鏡觀察到成長出單原子針尖，
並在相同條件下反覆加熱，依然可成長出單原子針尖，且長期處在熱 穩定狀態，如圖 1-2-7[17]。
圖1-2-7 覆鈀鎢針(a)最頂端一顆原子(b)第二層三顆原子(c)第三 層三顆原子(d)經過加熱退火過後依舊成長出頂端一顆原子(e)第 二層三顆原子(f)第三層十顆原子[17]
而在 2004 年郭鴻曦博士，在真空外利用水溶液電鍍法，把貴金 屬鈀、鉑、銠、銥鍍上鎢針後，置入超高真空的腔體，反覆加熱退火，
也可成長出單原子針尖，此過程化簡了許多繁雜的真空蒸鍍步驟。
[18]
在 1990 年 T.E.Madey 在 W(111)面的塊材上鋪覆上一層鈀原子，
反覆加熱退火表面原子會發生重構，此時利用掃描穿隧電子顯微鏡 (STM)和低能量電子繞射儀(LEED)，可以觀察到表面有皺化的凸起 金字塔結構發生的現象，如圖 1-2-8[19]。
(a) (b)
圖1-2-8
(a)STM在W(111)面鍍上一層鈀原子的皺化金字塔結構 (b)皺化金字塔結構在W(111)面上的硬球模型圖[19]
除此之外也有許多方法可以製成奈米針尖的技術，像是利用離子轟擊 [20]，或是用電場蝕刻[21]，場效溶解蝕刻法[22]，這些方法對針尖的 破壞性極大不容易重複生長使用。
1-3 單原子針的優點
在目前離子束的應用上，最被廣泛應用的莫過於聚焦離子束 (focus ion beam)，其中都是以鎵離子的液態金屬作為離子束的離子源 (liquid metal ion source)，用於區域性金屬之蝕刻與沉積[23]，進行穿 透式電子顯微鏡試片製作與分析[24]，光罩或積體電路之修補[25]，
如圖 1-3-1 為通入不同氣體的離子電流穩定性 [27]
圖1-3-1單原子針(Ir/W)在通入不同氣體的電流穩定性[27]
一般蝕刻完的鎢針，直接對其施加電場，由於尖端沒有微小禿起，
無法有額外的場增益(local field Enhancement)現象發生，因此沒有辦 法限制發射的區域與角度，除此之外球型發散出去的電力線(electric line of force) ，也會造成粒子束的發散(半張角~35°)，無法有效提高粒 子源亮度。如果是使用單原子針尖尖端會有局部場增益效果，會讓粒 子束更為集中，半張角也會維持在幾度以下。如圖1-3-2[28]。
圖1-3-2(a)一般場發射的針型及半張角(b)奈米針的針型及半張角
1-4 場離子顯微鏡的優點
在表面科學發展的數十年以來，人們對於物體表面原子的了解越 來越多，像是利用掃描式電子顯微鏡(STM)觀察表面原子的電子組態 或是利用低能量電子繞射儀(LEED)觀察晶體表面的週期性結構，並 沒有辦法得知表面原子真正的組成資訊，而場離子顯微鏡也是第一個 具有原子解析度的顯微鏡，它可以藉由通入成像氣體，利用場蒸發的 方式就如同剝高麗菜一樣一層一層的把原子拔掉就能得知深層原子 實際上的排列情形。利用加熱樣本到不一樣的溫度也能觀察出原子跟 原子之間的交互作用，就能計算出擴散活化能。而最重要的是藉由場 離子顯微鏡一次能觀察到樣本不同切面上蒸鍍原子的情況，也能觀察 到原子在不同台階附近會有那些行為，這是掃描式電子顯微鏡(STM) 無法取代的。