奈米技術/奈米視野
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如果沒有辦法“看到”奈米尺度的物體，奈米技術將非常困難。在本部分中，我們將回顧不同的顯微鏡技術，以及可以告訴我們更多關於物質奈米結構的各種光譜學和衍射方法。
可見光只是電磁頻譜的一部分，從電磁頻譜的不同部分可以獲得關於奈米結構中不同物理相互作用的有用資訊。
我們可以用不同的方式“看到”奈米，但不能用肉眼，肉眼通常無法看到比 100µm 小得多的東西（儘管如果一個原子在一個黑暗的房間裡發光，我們可以看到它）。我們使用各種儀器來代替我們的眼睛“看”東西，它們根據自己的製造方式“看到”不同的東西。
顯微鏡 使用顯微鏡來建立樣本的影像。該影像很少像你用眼睛看到的那樣，而是物理探針如何與樣本的不同位置發生不同的相互作用。物理探針可以是原子力顯微鏡懸臂樑、光束或電子束，或者完全不同的東西。
光學顯微鏡： 光源發出的光束聚焦到樣本上，透射光或散射光被物鏡收集，影像被放大到相機或觀察者的眼睛。解析度可以達到約 200 奈米，顯微鏡可以相當便宜、小巧且易於使用。
透射電子顯微鏡 (TEM)： 來自非常明亮的電子源的電子被引導到對高能電子（100-300 keV）透明的非常薄的樣本上，然後電子束被電磁透鏡放大，併發送到熒光屏或相機上以觀察影像。在昂貴的高階儀器上，解析度可以小於 0.1 奈米，甚至可以成像單個原子。樣本必須非常薄（通常小於 200 奈米），並且整個系統必須處於高真空狀態。
掃描電子顯微鏡 (SEM)： 聚焦的電子束在樣本上掃描，散射的電子被檢測。探測器電流用於根據電子束在樣本上的位置給出影像。解析度可以低至約 5 奈米，樣本可以比 TEM 中的樣本大得多，因為電子不必穿過樣本。
掃描探針顯微鏡 (SPM) 在光柵模式下將一個非常尖銳的探針移動到樣本上，同時記錄探針如何與樣本相互作用。典型的 SPM 是原子力顯微鏡 (AFM)、掃描隧道顯微鏡 (STM) 和掃描近場光學顯微鏡 (SNOM)。
原子力顯微鏡 (AFM)： 一個幾乎原子級的尖銳探針從懸臂樑上突出，並在樣本上掃描。當懸臂樑偏轉時，從懸臂樑背面反射的雷射束將改變方向，這將由光電探測器測量。雷射位置可用於控制探針與樣本之間的力，原子力顯微鏡通常用於測量奈米尺度的形貌和力。解析度通常可以低至約 1 奈米，但甚至可以實現亞原子解析度。原子力顯微鏡可以與乾燥和潮溼、導電和絕緣的樣本一起使用。
掃描隧道顯微鏡 (STM)： 一個原子級的尖銳探針被移動到對樣本施加電壓的樣本的原子距離內。當探針-樣本距離變得如此之小以至於探針和樣本的電子雲接觸時，電子可以更容易地在這兩者之間隧穿，這會導致探針-樣本電流（通常在 1V 偏置電壓下為幾個 pA）。當探針在樣本上掃描時，該電流可用於維持固定探針-樣本距離，這可以提供具有原子解析度的導電錶面的影像。
掃描近場光學顯微鏡 (SNOM)： 就像電子可以在 STM 中的電氣導體之間隧穿一樣，光子也可以在光學引導結構之間隧穿。SNOM 使用窄的光導來測量光電磁場如何隨光導在樣本上移動而變化。例如，光可以從樣本下方發出，然後散射到它上方的掃描光導中。解析度可以遠遠小於光的波長。
點投影顯微鏡： 場發射顯微鏡 (FEM)、場離子顯微鏡 (FIM) 和原子探針是點投影顯微鏡的例子，其中離子從針狀樣本中激發並撞擊探測器。原子探針斷層掃描 (APT) 是最現代的化身，它允許具有亞奈米解析度的三維原子逐個（帶化學元素識別）重建。
光譜學 使用光譜儀來了解輻射如何根據輻射的能量/波長與樣本相互作用。
衍射 使用輻射來觀察它如何從樣本的不同方向散射。這可用於瞭解樣本中原子排列的順序。
許多這些方法用於“宏觀”表面分析，其中研究材料最外層的奈米層，覆蓋更大的面積。這些方法可以與顯微鏡相結合，以從樣本上定義明確的位置提供光譜資訊——例如，在 TEM 中進行衍射測量或在 STM 上對單個原子進行能級光譜測量時。
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