「單原子針」(single-atom tip)是指金屬針尖前端僅僅由一顆原子所終結，由於尖端僅有一顆原子所構成，因此單原子針是最為理想化的掃描探針(probe)。以掃描穿隧顯微儀 (Scanning Tunneling Microscopy, STM)而言，為了能得到最佳的空間及能譜的解析度，探針必須同時滿足單原子針尖及已知針形的兩大條件。因此，如果能有一已知針型，末端為單顆原子，且具有相當的熱及化學穩定性的金屬針作為掃描探針，將可以取得最佳化的表面圖像及表面電子能譜。
由於頂端僅為一顆原子所收斂，因此單原子針可以成為最理想化的場發射電子源 (field emission electron source)或離子源(ion source)。以場發射電子顯微鏡而言，為了能有效提高電子顯微儀的解析度及亮度，必須得到高密度且同調性佳的電子束(coherent electron beam)。由單一顆原子所射出之電子束，是最完美的點電子源，故其電子束具有高度同調性；且電子束張角小，故亮度高。因此可有效增進目前電子顯微鏡的解析度極限。單原子針具有很小的擷取電壓，因此亦可以應用於如場發射平面顯示器或電漿顯示器等消費性電子產品上。此外，這種針也可用於液態金屬離子源 (liquid metal ion source)及氣體場離子源(gas field ion source)，因其具有最小張角及最小的能量散佈，可減少離子束在聚焦過程中產生的球狀像差與色像差，除了可應用於高解析度離子顯微儀外，也可滿足尖端半導體工業奈米製程中離子佈植、光罩或線路修復等嚴苛要求。
雖然單原子針極具應用價值，但由於之前所被提出製備單原子針的方法，其過程複雜困難，除了偶爾能在實驗室中取得外，並無商業應用的價值，也因此大大地限制了其應用的可能性。所以如何能得到穩定性高、可重複生成、又有已知針形結構的單原子針是非常關鍵的，如果又能在大氣環境中存放，無疑地，將使單原子針許多重要的應用成為可能。
本實驗室在鄭天佐院士的指導下，以在鎢針（111）面在鍍上單層之鈀、鉑、銠或銥等貴金屬，在真空中，只要透由700℃的退火，鎢針表面便會因異質金屬誘發縐化，而在針尖端上自發性地再長出一堆疊完美的三角錐金字塔結構，而這金字塔頂端正正由一顆貴金屬原子所終結，形成一不折不扣的單原子針。不但具有單原子針尖、支撐單原子下方之金字塔結構完整，萬一針尖結構受損，此單原子針還可以藉由再加熱而自我修復。由於表面鍍上貴金屬，具有極佳的化學與熱穩定性，故此針甚至還可以在大氣環境下保存與傳輸。此外，貴金屬的鍍著過程不但可以在真空中以蒸鍍完成，也可以在水溶液中以電鍍完成，大幅簡化單原子針的製作流程，也擴展其商業應用與生產的價值。
無疑地，以場離子顯微儀來研究或證實單原子針尖的生成與金字塔結構是不二選擇。圖五是電鍍鈀之鎢針，在經過 700℃加熱後，單原子針的場離子顯微影像。圖五(a)證實此針尖端僅僅為單一原子所構成，將此顆原子場蒸發後，可以看到第二層由三顆原子所組成（見圖五 (b)），場蒸發第二層後，可以得知金字塔第三層為十顆原子所排列而成（見圖五(c)），持續場蒸發可以一層層的研究金字塔的原子結構（見圖五(d)~ (e)），此奈米金字塔的原子模型如圖五(f)所示。
經過場蒸發後單原子針尖已遭破壞，但如前所述，此方式所生成的金字塔結構與單原子針尖只要經過再加熱是可以再生的。再經過700℃的加熱後，可以發現，不但單原子針尖又生成一次（見圖五(g)），圖五(h)~(i)也證實其金字塔結構也與之前一模一樣。由於金字塔的生成是熱力學上的穩定狀態，事實上，這種自我修復與再生能力可以重複達數十次之譜。這種針尖預料在奈米科技上會有很多重要的應用。
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