格爾德·賓寧（德國物理學(xué)家，掃描隧道顯微鏡和原子力顯微鏡的發(fā)明者之一）

格爾德·賓寧（德語：Gerd Binnig，1947年7月20日－），德國物理學(xué)家，掃描隧道顯微鏡和原子力顯微鏡的發(fā)明者之一，1986年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

生平

1947年，格爾德·賓寧出生在法蘭克福，他回憶說：“我的童年受到剛剛結(jié)束的第二次世界大戰(zhàn)的影響，我們?cè)诒徽У姆课輳U墟中玩耍，卻因?yàn)槟昙o(jì)太小無法意識(shí)到更多。”

賓寧居住在法蘭克福和附近的奧芬巴赫，并在這兩座城市上學(xué)，1966年賓寧從奧芬巴赫的中學(xué)畢業(yè)，1973年又在法蘭克福大學(xué)獲得碩士學(xué)位，1978年同樣在法蘭克福大學(xué)完成論文《Tunnelspektroskopie an supraleitendem (SN)x》（超導(dǎo)材料(SN)x的隧道光譜學(xué)）并獲得博士學(xué)位。當(dāng)年，他加入了IBM公司的蘇黎世研究實(shí)驗(yàn)室的物理研究組，這是賓寧一生中的一個(gè)重要決定，他在IBM公司認(rèn)識(shí)了瑞士物理學(xué)家海因里?！ち_雷爾。

1981年，賓寧和海因里希·羅雷爾一起在IBM公司在蘇黎世研究實(shí)驗(yàn)室研發(fā)出掃描隧道顯微鏡，使用這種顯微鏡技術(shù)，可以通過在金屬或半導(dǎo)體表面上僅幾個(gè)原子直徑的高度進(jìn)行針尖掃描，對(duì)表面上的單個(gè)原子進(jìn)行成像。為此他于1983年作為德國最優(yōu)秀的青年物理學(xué)家，被授予奧托·克隆獎(jiǎng)（Otto-Klung-Preis）。并且在1986年，格爾德·賓寧和海因里希·羅雷爾因發(fā)明了掃描隧道顯微鏡，而與恩斯特·魯斯卡（電子顯微鏡的發(fā)明者）共同獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

1985年至1986年賓寧被派往IBM公司在美國加利福尼亞州圣荷西的阿爾瑪?shù)茄芯恐行模?987年至1988年任附近斯坦福大學(xué)的訪問教授。1986年，賓寧、IBM公司蘇黎世研究實(shí)驗(yàn)室的克里斯托夫·格貝爾（Christoph Gerber）和斯坦福大學(xué)的Calvin Quate一起發(fā)明了原子力顯微鏡。

1994年，賓寧組建了Delphi2 Creative Technologies GmbH公司，后改名Definiens GmbH有限責(zé)任公司，現(xiàn)在是Definiens AG股份公司，總部位于慕尼黑，該公司旗下Definiens Imaging GmbH公司開發(fā)的影像分析軟件eCognition在面對(duì)對(duì)象的圖像分類領(lǐng)域獲得了成功。

掃描隧道顯微鏡

掃描隧道顯微鏡（英語：scanning tunneling microscope，縮寫為STM），是一種利用量子隧穿效應(yīng)探測(cè)物質(zhì)表面結(jié)構(gòu)的儀器。它于1981年由格爾德·賓寧及海因里?！ち_雷爾在IBM位于瑞士蘇黎世的蘇黎世實(shí)驗(yàn)室發(fā)明，兩位發(fā)明者因此與電子顯微鏡的發(fā)明者恩斯特·魯斯卡分享了1986年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

掃描隧道顯微鏡技術(shù)是掃描探針顯微術(shù)的一種，基于對(duì)探針和表面之間的隧穿電流大小的探測(cè)，可以觀察表面上單原子級(jí)別的起伏。此外，掃描隧道顯微鏡在低溫下可以利用探針尖端精確操縱單個(gè)分子或原子，因此它不僅是重要的微納尺度測(cè)量工具，又是頗具潛力的微納加工工具。

原子力顯微鏡

原子力顯微鏡（atomic force microscope，簡(jiǎn)稱AFM），也稱掃描力顯微鏡（scanning force microscope，SFM）是一種納米級(jí)高分辨的掃描探針顯微鏡，優(yōu)于光學(xué)衍射極限1000倍。原子力顯微鏡的前身是掃描隧道顯微鏡，是由IBM蘇黎士研究實(shí)驗(yàn)室的海因里?！ち_雷爾（Heinrich Rohrer）和格爾德·賓寧（Gerd Binnig）在上世紀(jì)80年代早期發(fā)明的，他們之后因此獲得1986年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

格爾德·賓寧、魁特（Calvin Quate）和格勃（Gerber）于1986年發(fā)明第一臺(tái)原子力顯微鏡，而第一臺(tái)商業(yè)化原子力顯微鏡于1989年生產(chǎn)的。AFM是在納米尺度操作材料，及其成像和測(cè)量最重要的工具。信息是通過微懸臂感受和懸臂上尖細(xì)探針的表面的“感覺”來收集的，而壓電元件可以控制樣品或掃描器非常精確的微小移動(dòng)，用導(dǎo)電懸臂（cantilever）和導(dǎo)電原子力顯微鏡附件則可以測(cè)量樣品的電流偏壓；更高級(jí)的儀器則可以測(cè)試探針上的電流來測(cè)試樣品的電導(dǎo)率或下表面的電子的移動(dòng)，不過這種測(cè)試是非常艱難的，只有個(gè)別實(shí)驗(yàn)室報(bào)道了一致的數(shù)據(jù)。利用微懸臂感受和放大懸臂上尖細(xì)探針與受測(cè)樣品原子之間的作用力，從而達(dá)到檢測(cè)的目的，具有原子級(jí)的分辨率。由于原子力顯微鏡既可以觀察導(dǎo)體，也可以觀察非導(dǎo)體，從而彌補(bǔ)了掃描隧道顯微鏡的不足。

原子力顯微鏡是由IBM公司蘇黎世研究中心的格爾德·賓寧與斯坦福大學(xué)的Calvin Quate于一九八五年所發(fā)明的，其目的是為了使非導(dǎo)體也可以采用類似掃描探針顯微鏡（SPM）的觀測(cè)方法。原子力顯微鏡（AFM）與掃描隧道顯微鏡（STM）最大的差別在于并非利用電子隧穿效應(yīng)，而是檢測(cè)原子之間的接觸，原子鍵合，范德瓦耳斯力或卡西米爾效應(yīng)等來呈現(xiàn)樣品的表面特性。