Ta có thể nhìn thấy nguyên tử không?
Ta có thể ''thấy'' một nguyên tử cô lập, qua ánh sáng mà nó khuếch tán. Trên thực tế, người ta biết bẫy một nguyên tử vào từ trường và làm cho nó phát sáng (huỳnh quang) bằng laser: khi ấy ta nhìn thấy một đốm sáng nhỏ. Nhưng ta không thể phân biệt nguyên tử này với nguyên tử khác bằng mắt thường, vì kích thước của chúng chỉ vào khoảng 0,1 nanomet, tức một phần mười của phần triệu milimet. Cũng không thể cố sử dụng kính hiển vi quang học: các định luật quang học cho thấy rằng những chi tiết nhỏ nhất mà ta có thể phân biệt bằng ánh sáng nằm trong khoảng bước sóng đã sử dụng. Ánh sáng nhìn thấy có bước sóng từ 0,4 đến 0,8 phần nghìn milimet, còn cách rất xa nấc thang nguyên tử... Nhưng việc phát minh ra kính hiển vi điện tử trong những năm 1930 đã làm thay đổi tình hình. Nguyên lý của nó là thay ánh sáng bằng các electron nhanh (có bước sóng ngắn hơn nhiều), và thay thấu kính thủy tinh bằng điện trường và từ trường thích hợp. Với các công cụ tốt nhất này và rất thận trọng trong thí nghiệm, người ta đã làm hiển thị và phân biệt được các nguyên tử cá biệt, nhất là các nguyên tử trên bề mặt tinh thể của các nguyên tố nặng.
Việc làm hiển thị nguyên tử đã trở nên dễ hơn nhờ loại kính hiển vi “có trường gần”, ra đời năm 1982. Kính này có nhiều loại (loại có hiệu ứng đường hầm, loại có lực nguyên tử...). Nguyên lý chung của chúng là có mũi rất nhỏ di chuyển ngay bên trên bề mặt được khảo sát. Mũi này ghi lại các thay đổi tín hiệu (dòng điện đối với kính hiển vi có hiệu ứng đường hầm, lực cơ học đối với kính hiển vi có lực nguyên tử, v.v...) do những thay đổi ở chỗ nổi. Loại thiết bị này rất nhạy, giúp lập bản đồ bề mặt ở quy mô nguyên tử và xây dựng một hình ảnh từ đó. Chúng cũng giúp di chuyển theo ý muốn từng nguyên tử một. Ở tất cả các thiết bị này, hình ảnh bắt nguồn từ sự tương tác giữa mũi hoặc chùm electron của kính hiển vi với các electron của nguyên tử. Các hlnh ảnh thu được hơi khác nhau theo bản chất của mối tương tác này.
